La carriera Gli Inizi in monoposto e kart Gli esordi nel kart Vergne iniziò la sua carriera nel 2001, diventando tre anni dopo vicecampione del campionato francese di kart denominato Rotax Max. Nel 2005 fu ancora secondo nel campionato europeo ICA, dietro a James Calado. L'anno seguente fu settimo nel campionato mondiale KF1 tenuto ad Angerville, vicino a Parigi.

Le Formula Renault 1.6 e 2.0 Nel 2007 fece il suo esordio nelle vetture a ruote scoperte, partecipando al campionato francese di Formula Renault Campus, in cui s'impose abbastanza agevolmente, ottenendo dieci podî sulle tredici gare programmate. Divenne così membro del Red Bull Junior Team e della Fédération Française du Sport Automobile (FFSA).

Nel 2008 Vergne prese parte sia all'Eurocup Formula Renault 2.0 che alla Formula Renault 2.0 West European Cup con il team SG Formula. Giunse sesto nell'Eurocup, facendo segnare nove punti in 14 gare, incluso un podio a Barcellona. Nella West European Cup, giunse quarto, con tre podî.

In entrambe le serie fu nominato miglior esordiente della stagione e, in quanto miglior pilota francese della West European Cup, vinse il titolo nazionale della Formula Renault 2.0.

Anche nel 2009 Vergne s'impegnò in entrambi i campionati, sempre al volante di una vettura gestita dal SG Formula. Terminò secondo, sempre alle spalle dello spagnolo Albert Costa, sia nell'Eurocup che nel WEC.

La Formula 3 L'anno seguente Vergne passò alla F3 inglese, col team Carlin. Nella stagione ottenne dodici successi, inclusa una vittoria sul Circuito di Spa-Francorchamps. Con questi risultati s'impose nel campionato con ben sei gare d'anticipo. Per il terzo anno consecutivo, dopo Jaime Alguersuari nel 2008 e Daniel Ricciardo nel 2009, un pilota del Red Bull Junior Team vinceva il campionato britannico con la Carlin.

Nella stagione Vergne partecipò anche ad alcune gara fuori campionato come il Masters of Formula 3 a Zandvoort, ove chiuse quarto, e nel Gran Premio di Macao ove chiuse settimo. In entrambe le occasioni fu il migliore tra i piloti provenienti dal campionato britannico.

La GP3 Series Nel maggio del 2010 Vergne firmò col team francese Tech 1 per correre nella gara inaugurale della GP3 Series a Barcellona. Fu poi rimpiazzato da Jim Pla per la gara successiva sull'Istanbul Park, in quanto impegnato nella F3, poi ritornò per la gara di Valencia.

Tuttavia, in luglio, venne annunciato che lo spagnolo Daniel Juncadella lo avrebbe sostituito fino al termine della stagione.

La Formula Renault 3.5 Series

Nel 2010 Vergne avrebbe dovuto correre anche nella Formula Renault 3.5 Series, sempre con SG Formula. La rinuncia del team però consentì al francese di concentrarsi solo sul campionato di F3 britannico.

A luglio però fu annunciato che Vergne avrebbe rimpiazzato Brendon Hartley alla Tech 1 Racing per i tre eventi finali del campionato, dopo che il neozelandese era uscito dal Red Bull Junior Team. Anche se presente in poche gare Vergne sarà capace di giungere ottavo nel campionato, ottenendo quattro podi, tra cui una vittoria a Silverstone, dopo la squalifica di Esteban Guerrieri.

Vergne passò nel 2011, a tempo pieno, nella categoria, tornando a competere per la Carlin. Dopo aver vinto a Spa in gara 2, s'impose nella seconda gara anche a Monza, ma venne penalizzato per un taglio di chicane, terminando così terzo. Successivamente la CSAI riformò il verdetto, restituendo la vittoria al francese. Vergne vinse anche le due gara sull'Hungaroring e la gara 1 al Paul Ricard, giungendo così, all'ultimo weekend gara a Barcellona, secondo in classifica dietro al compagno di scuderia Robert Wickens, di soli due punti.

Dopo essere giunto secondo in gara 1, nella gara finale i due compagni di team si toccarono, tanto che il canadese fu costretto al ritiro. Vergne fu capace invece di proseguire, prima di essere costretto al ritiro per un contatto con Fairuz Fauzy, diventando così vicecampione con nove punti di svantaggio da Wickens.

Formula 1 Il francese ebbe il suo primo contatto con una vettura di Formula 1 al Goodwood Festival of Speed nel luglio 2010, quando guidò una Red Bull RB5. Nel settembre venne confermato che Vergne avrebbe preso parte ai test per giovani piloti da tenere sul Yas Marina Circuit a novembre, con una Scuderia Toro Rosso STR5.

Il primo giorno segnò il settimo miglior tempo in 1'42"489, completando 93 giri.

Il secondo giorno chiuse nono con 1'40"974, solo 0"030 secondi dietro la Williams del campione 2010 della GP2 Pastor Maldonado. Fu poi costretto ad abbandonare presto i test per raggiungere Macao, ove avrebbe preso parte al Gran Premio di F3.

Durante il fine settimana del Gran Premio di Spa fu confermato che Vergne avrebbe partecipato a qualche sessione di prove libere del venerdì nei gran premi con la Toro Rosso. L'esordio avvenne nelle prove del Gran Premio di Corea.

2012-2014: Toro Rosso 2012

Il 15 dicembre 2011, la scuderia Toro Rosso ufficializza che per il Jean-Eric sarà pilota titolare, insieme a Daniel Ricciardo, rimpiazzando Sébastien Buemi e Jaime Alguersuari. Gli unici risultati di rilievo sono due ottavi posti in Malesia e in Belgio, grazie ai quali conquista i suoi primi punti in Formula 1. Va a punti anche in Corea, dove giunge ottavo precedendo il compagno di squadra e la McLaren di Lewis Hamilton.A Singapore Vergne viene coinvolto in un pericoloso incidente con Michael Schumacher, causato da un'errata frenata del tedesco. In India la sua gara è condizionata da un contatto iniziale con Michael Schumacher. Nell'ultima gara della stagione in Brasile chiude in ottava posizione. Termina la sua prima stagione in Formula 1 al 17º posto con 16 punti precedendo il compagno di squadra, Daniel Ricciardo, per 6 punti di differenza con l'australiano.

2013

Per la stagione successiva il pilota francese viene riconfermato dalla scuderia italiana. Il francese ottiene i primi punti stagionali nel secondo Gran Premio in Malesia grazie a un 10º posto. Dopo tre gare senza punti, con un 12º posto e due ritiri, Vergne torna a punti a Monaco, dove giunge 8º. In Canada, eguaglia il miglior risultato in qualifica della scuderia della stagione e del Gran Premio del Bahrein 2012, conquistando un buon settimo posto davanti al compagno decimo. Era dal Gran Premio d'India 2011 che entrambe le Toro Rosso non entravano in Q3. In gara ottiene un ottimo sesto posto, risultato che mancava alla Toro Rosso dal Gran Premio del Brasile 2008.

Per il resto della stagione, però il francese non ottenne punti ma venne comunque confermato per la stagione successiva.

2014

Nel 2013 viene annunciato che Vergne avrebbe ancora guidato per la Toro Rosso, affiancato dal debuttante russo Daniil Kvjat, che avrebbe sostituito Daniel Ricciardo, passato alla Red Bull. Nella prima gara in Australia si qualifica sesto, davanti a piloti come Kimi Räikkönen, Sebastian Vettel e Jenson Button, per poi finire la gara al nono posto, davanti al compagno di squadra. Anche in Malaysia si qualifica bene, al nono posto, ma dopo una brutta partenza sarà protagonista di un incidente con le Marussia e le Caterham. Anche in Bahrain si ritira, a causa di una gomma bucata dal pilota venezuelano Pastor Maldonado. In Cina, Vergne ottiene nuovamente un nono posto in qualifica, ma, sempre complice di una cattiva partenza, finirà la gara al dodicesimo posto, con Kvjat al decimo. Arrivati alla prima tappa europea, in Spagna, Vergne ottiene una penalità di 10 posizioni in griglia a causa di una gomma fissata male nella sessione di prove libere. Pur disputando una buona gara, si ritirerà per la terza volta in 5 gare, per un problema tecnico. In Canada ottiene un buon 8º posto, ma in Austria si ritira di nuovo. A Silverstone, Vergne si qualifica tra i primi dieci, per poi finire la gara decimo, complice anche di un contatto alla partenza con Nico Hülkenberg. In Ungheria, dopo una qualifica all'ottavo posto in condizioni bagnate, Vergne riesce a raggiungere e mantenere per un discreto numero di giri il 2º posto, lottando con Lewis Hamilton, Nico Rosberg e Sebastian Vettel. A Singapore Vergne ottiene un impressionante 6º posto, grazie ad una serie di sorpassi spettacolari negli ultimi 4 giri della gara, pur incorrendo in due penalità. In Giappone, partendo 20º ottiene un solido nono posto in condizioni bagnate. In Russia avrà una buona qualifica all'ottavo posto, e salirà in gara fino al quinto, per poi finire la gara al 13º posto complice il degrado delle gomme. Ad Austin, in Texas, si rende protagonista di una spettacolare manovra su Romain Grosjean, che però verrà punita con una penalità. Da notare anche il duello con l'ex compagno Daniel Ricciardo nel round finale del campionato, ad Abu Dhabi. Nell'agosto 2014 la Scuderia Toro Rosso comunica che Vergne non farà parte della squadra nel , avendo deciso di sostituirlo con il diciassettenne olandese Max Verstappen. Chiude la stagione al 13º posto con 22 punti. Il miglior piazzamento in classifica rispetto al compagno di squadra non gli è valso la riconferma da parte del team. In seguito si libererà il posto in Red Bull, lasciato da Sebastian Vettel (andato in Ferrari). Questo posto verrà prontamente preso da Daniil Kvjat stesso. Il buco in Toro Rosso verrà colmato dallo spagnolo figlio d'arte Carlos Sainz Jr., lasciando Vergne senza sedile per il 2015, nonostante la migliore stagione della carriera.

2015-2016: Collaudatore della Ferrari Il 19 dicembre 2014 viene reso ufficiale il suo impegno, per la nuova stagione, come collaudatore della Ferrari.

Viene confermato come collaudatore anche l'anno successivo. Il 3 maggio testa le mescole Pirelli 2017 con una Ferrari F14 T sul Circuito di Fiorano.

Formula E 2014-2015: Team Andretti

Terminata l'esperienza in Formula 1, nel dicembre 2014, viene ingaggiato dal Team Andretti in Formula E. Ottiene la sua prima pole position all'esordio nell'E-Prix di Punta del Este, ma è costretto al ritiro mentre era in lotta per la vittoria. A Buenos Aires invece il francese giunge al sesto posto. Nel corso della stagione Vergne ottiene 62 punti, 2 podi e 3 pole position. Al termine della stagione, conclusasi al settimo posto migrerà verso il Team Virgin.

2015-2016: Virgin Racing

Nel luglio 2015 viene annunciato il passaggio de Vergne al Team Virgin. La stagione inizia male, con un solo piazzamento a punti nelle prime 5 gare. La sua stagione migliora a partire dall'E-Prix di Parigi, dove giunge secondo. Continua la serie positiva anche nelle successive 2 gare ottenendo una pole position ed un 3 posto. Tuttavia a fine stagione non viene riconfermato per la stagione successiva.

2016-2022: Techeetah

Per la terza stagione il francese viene ingaggiato dal team cinese Techeetah. Dopo un inizio travagliato, il francese ottenne un secondo posto nel terzo appuntamento stagionale a Buenos Aires, risultati bissato nella gara successiva. Dopo quattro gare poco entusiasmanti torna a podio nella prima gara dell'E-Prix di New York.

Per la stagione successiva viene confermato dal team, e ottiene la pole nella prima gara stagionale ad Hong Kong. A Santiago ottiene la sua seconda vittoria nella categoria, dopo aver ottenuto la sua sesta pole-position. In seguito alla prima gara dell'E-Prix di New York, che conclude in quinta posizione, vince il titolo di campione della stagione 2017-2018 di Formula E. Conclude l'annata con la vittoria nella gara 2 dell'E-Prix di New York, che rappresenta la quarta vittoria della stagione e conferma l'ottima regolarità del pilota francese, unico ad aver conquistato punti in tutti gli appuntamenti.

Per la stagione 2018-2019 viene confermato dal team insieme ad André Lotterer. Nella prima gara a Dirʿiyya arriva secondo dietro Félix da Costa, dopo tre gare senza raccogliere nessun punto arriva la prima vittoria stagionale nel E-Prix di Sanya. Il francese nel corso della stagione vince anche a Monaco e Berna, portandolo a vincere per il secondo anno il campionato di Formula E.