Sakon Yamamoto doit sa rentrée en Formule 1 à l'incompétence d'un de ses compatriotes en la matière.

Sakon commence sa carrière par le karting en 1994 à l'école de kart de Suzuka. Il montre un certain talent et débute en championnat dès l'année suivante dans la catégorie RSO du championnat de Suzuka. Il remporte son premier succès dans la catégorie FR en 1996. En 1997, à l'âge de 15 ans, il connaît la consécration dans le championnat local, dans la catégorie FA-2. En 1998, il passe cette fois au championnat All-Japan de karting, et c'est lors de sa seconde saison qu'il remporte le titre national dans la catégorie FA. L'année suivante, Sakon continue de courir en karting dans une autre catégorie, où il termine troisième du championnat, mais il retourne également à l'école de course de Suzuka pour passer aux monoplaces.

Dès 2001, le pilote nippon abandonne le karting au profit d'une Formule 3 avec laquelle il court le championnat japonais. Pour une première saison, compte tenu de la domination écrasante de Benoît Treluyer, c'est un début très satisfaisant avec une quatrième place au classement. Il fait quelques apparitions dans le championnat britannique, sans aucun succès. Sakon décide de partir en Europe pour la saison 2002 afin de parfaire sa formation de pilote. Engagé par GM Motorsport, il participe au championnat allemand de Formule 3.

Mais par rapport au championnat nippon, il est en nette régression : il se classe au mieux huitième en course, traîne le reste du temps au-delà de la dixième place et manque même la qualification sur le Nürburgring. Il doit poursuivre la saison avec une autre équipe, sans obtenir de meilleurs résultats. Le Japonais persévère et signe pour une année supplémentaire en Formule 3, mais dans le championnat EuroSeries avec l'équipe Superfund. Comme l'année précédente, il ne connaît pas de grande réussite, se classant au mieux en neuvième position en course.

Aussi, pour la saison 2004, il retourne au Japon et retente sa chance dans le championnat All-Japan. Et tout de suite, cela va bien mieux : il termine toujours dans les dix premiers, et sa saison se finit en apothéose avec une victoire à Motegi. Cette année est plutôt satisfaisante et il grimpe les échelons pour être propulsé en Formule Nippon, l'équivalent du GP2 au Japon. Il court également quelques courses en GT. A la fin de l'année, l'équipe Jordan fait de lui le troisième pilote, habilité à courir lors de la première séance d'essais libres, le temps de la course nationale de F1. Il termine vingtième de la séance, devant les deux titulaires, avec près d'une seconde d'avance sur Narain Karthikeyan et près de deux secondes d'avance sur Tiago Monteiro !

En 2006, l'équipe Super Aguri fait son entrée en F1, mais, au bout de quelques courses, son pilote Yuji Ide, à l'origine de l'accident d'Albers à Imola, est prié de ne plus courir en F1. Il est remplacé par le Français Franck Montagny. Sakon, qui court toujours alors en Formula Nippon, devient le troisième pilote de l'écurie lors du Grand Prix de Grande-Bretagne. Il fait son entrée en tant que titulaire dès le Grand Prix d'Allemagne, sans grand succès puisqu'il abandonne après un tour. Sakon ne fait pas de miracle au volant de la Super Aguri et reste abonné à la dernière ligne, loin de son équipier et compatriote Sato. A cause d'un matériel très fragile, il doit même attendre sa cinquième course à Shanghai pour voir le drapeau à damiers, en seizième position. Point positif, il réalise le septième meilleur tour en course au Brésil, ce qui est impressionnant pour un tel matériel.

Pour 2007, Aguri Suzuki lui préfère le pilote britannique Anthony Davidson, reléguant ainsi Sakon au poste de pilote essayeur. Il s'engage alors en GP2 dans l'espoir de se faire remarquer par les écuries de F1. Malheureusement pour lui, son aventure au sein de l'équipe espagnole BCN ne sera pas glorieuse, puisqu'il ne parvient pas à marquer le moindre point. Cependant, en juillet, il retrouve à la surprise générale une place de titulaire en F1 avec l'écurie Spyker, en remplacement de Christijan Albers. Il commence certes bien mal en sortant rapidement de la piste à Budapest, mais par la suite, il se montrera fiable en terminant toutes les courses, sans pour autant être rapide. Il obtient même son meilleur résultat en carrière à domicile à Fuji, en terminant à la douzième place. Il ne menacera cependant à aucun moment son équipier, le talentueux Adrian Sutil.

Après cet intérim, il n'est pas conservé par Spyker, devenue Force India, mais obtient le poste de troisième pilote essayeur chez Renault pour 2008. Cette position très subalterne ne lui permettra pas d'effectuer beaucoup de kilomètres au volant de la R28. Ainsi, comme l'année précédente, il retourne en GP2, en débarquant à la mi-saison dans la prestigieuse écurie ART, en lieu et place de Luca Filippi. Mais une nouvelle fois, Sakon est transparent, étant totalement dominé par son équipier Romain Grosjean. Il n'inscrit que trois petits points, obtenus grâce à une quatrième place à Budapest.

Il parvient toutefois à conserver son volant dans l'équipe pour la saison 2008-2009 du GP2 Asia. Il y est à nouveau décevant et ne signe qu'un seul podium en Chine.

Il n'obtient aucun engagement pour la saison 2009, ni pour le début de la saison 2010. Alors qu'il semblait destiné à disparaître des radars, le Japonais est soudain engagé en mai 2010 par la minuscule écurie espagnole HRT comme pilote d'essais et de réserve. Il fait ainsi son retour en Formule 1 lors des essais du vendredi du Grand Prix de Turquie. De plus, les deux pilotes titulaires, Bruno Senna et Karun Chandhok, étant en difficulté avec leurs commanditaires, il lui semble promis un baquet à court terme. C'est ce qu'il advient le 8 juillet 2010, jour où il remplace au pied levé Senna pour disputer le Grand Prix de Grande-Bretagne. Ce Grand Prix seulement, car Senna est prévu pour reprendre sa place à la course suivante. Un joli tour de manège qui s'explique facilement. Sanho Human Services, le principal sponsor du Japonais, débourse 500 000 euros à HRT pour chaque course disputée par son client. Dans ces conditions, il est logique que Sakon devienne titulaire en lieu et place de Chandhok. Il dispute ainsi sept courses au cours de la seconde partie de la saison, se montrant solide à défaut d'être rapide.

Il n'abandonne qu'une seule fois à Hockenheim et parvient même à devancer Senna sur la grille en Corée. Toutefois, il entre bientôt en concurrence avec Christian Klien, l'autre pilote d'essais de HRT. L'Autrichien ayant trouvé un sponsor avant le Grand Prix de Singapour, il remplace Sakon, officiellement malade, pour cette manche ainsi que pour les deux dernières courses de la saison, au Brésil et à Abou Dhabi.

En 2011, il est nommé pilote de réserve pour quelques courses chez Marussia Virgin Racing. Sans volant pour 2012, Sakon s'éloigne de nouveau des circuits avant de revenir éphémèrement en 2014 pour deux courses dans le championnat de Formule E.