Fin dai tempi del campionato tedesco di Formula 3, Kevin Magnussen faceva parte del programma junior della McLaren. Solo pochi anni dopo essere riuscito a classificarsi terzo in quella serie, il danese ha avuto la sua prima occasione di mettersi alla prova durante un test per la McLaren ad Abu Dhabi. Il tempo più veloce è stato il suo e il test è valso a Magnussen anche una superlicenza immediata. Tutto era pronto, ma per il debutto in Formula 1 si è dovuto aspettare il 2014.

Con la partenza di Sergio Perez dalla McLaren, dopo la stagione 2013 si è liberato un posto accanto a Jenson Button, con Magnussen in cima alla lista dei candidati per sostituire il messicano. Durante il Gran Premio d'Australia, K-Mag impressionò immediatamente arrivando terzo nella sua prima gara in Formula 1, seguendo le orme del padre, che fino a quel momento era stato l'unico danese ad arrivare a punti in un Gran Premio. 

Jan Magnussen ha osservato con orgoglio come suo figlio sembrasse seguire lo stesso percorso di Lewis Hamilton qualche anno prima. La terza posizione è diventata addirittura seconda, dopo la squalifica di Daniel Ricciardo per la violazione delle regole sul carburante. 

Nonostante i buoni risultati e gli ottimi piazzamenti a punti, Kevin Magnussen ha avuto solo un ruolo dietro le quinte alla McLaren nel 2015, quando il team britannico ha riportato in squadra Fernando Alonso. Anche il suo ruolo di collaudatore (e pilota di riserva) è stato di breve durata: dopo un anno, il team principal Ron Dennis ha annunciato che era libero di andare dove voleva, dato che il suo contratto era stato rescisso.

Un salvagente per rimanere in Formula 1 gli viene però lanciato dalla Renault nel 2016. Magnussen si siede così al fianco di Jolyon Palmer, con il compito di battezzare il nuovo esordio della Renault in Formula 1.

Dopo un anno la collaborazione con la Renault si è conclusa e Magnussen è passato alla giovane scuderia americana di Gene Haas: la Haas F1. Al volante della vettura americana K-Mag è riuscito a ottenere cinque punti in quella stagione, con la settima posizione a Baku come miglior risultato. Solo un anno dopo, Magnussen avrebbe conquistato il titolo di "migliore degli altri" finendo nono in classifica.

Nel 2019, la Haas ha avuto la prima flessione dall’inizio della sua ancora breve avventura in Formula 1, classificandosi al nono posto nel Campionato Costruttori. Magnussen riesce comunque a conquistare 20 punti e a superare il compagno di squadra. L’anno dopo le cose, però, vanno ancora peggio e Magnussen conquista un unico punto. A fine stagione decide così di lasciare la F1.

Dopo una stagione di stop viene tuttavia richiamato dalla Haas, che lo ha scelto per sostituire in fretta e furia Nikita Mazepin, lasciato a piedi a causa del conflitto in Ucraina. La scelta si rivela azzeccata. Magnussen totalizza 25 punti, battendo il compagno di squadra Schumacher, e conquista una storica pole position in Brasile, la prima in assoluto di un danese e di una Haas.

La stagione 2023 è stata una delle peggiori della carriera di Magnussen. Il danese ha conquistato solo tre punti nel corso dell’anno solare che, sommati ai nove del compagno di squadra Nico Hulkenberg, hanno valso alla Haas F1 l’ultimo posto in classifica. Il suo contratto scade al termine di quest’anno e rimangono dunque poche occasioni per dimostrare di poter restare nella classe regina.