Tout comme Nico Rosberg, Kazuki Nakajima ou Markus Winkelhock dont les pères ont été présents en F1 par le passé, c'est au tour de Nelson Piquet Jr d'intégrer la catégorie reine à partir de la saison 2008.

Nelson Ângelo Tamsma Piquet Souto Maior est le fils de Nelson Piquet et de Sylvia Tamsma. Ses parents se sont séparés peu après sa naissance. Il vit avec sa mère à Monaco jusqu'en 1993, date de son départ pour le Brésil avec son père, jeune retraité. La même année, il fait ses débuts en Karting. Il courra huit ans dans cette discipline où il gagnera de nombreux titres nationaux.

En 2001, à 16 ans, il fait ses débuts en monoplace poussé par son père. Nelson va même jusqu'à monter sa propre écurie pour soutenir son fils, pratique qu'il renouvellera jusqu'en GP2. Ainsi Piquet Jr. courra toujours pour Piquet Sr. Il fait donc ses débuts dans le championnat sud-américain de F3, et se fait positivement remarquer. La première saison, il obtient de jolis résultats et en 2002, il remporte facilement le titre de champion. La même année, il participe à quelques épreuves du championnat brésilien de Formule Renault.

En 2003, Nelsinho part pour l'Europe et s'engage dans le célèbre championnat britannique de F3, sur une Dallara de l'écurie de son père, Piquet Sports. Il se révèle très rapide et se mêle à la course au titre. Il finit ainsi le championnat troisième avec six victoires. En fin de saison, Williams-BMW décide de lui offrir un premier test en Formule 1, aux côtés d'un autre fils de champion du monde, Nico Rosberg.
Nelsinho a cependant encore bien du chemin à faire pour arriver en F1. En 2004, il franchit une étape importante en remportant le championnat britannique de F3 avec sept victoires et une kyrielle de podiums pour seulement trois abandons. Il succède ainsi à son père, vainqueur en 1978, au palmarès de ce championnat dont il est, à 19 ans, le plus jeune champion de l'Histoire. A la fin de l'année, il est convié à de nouveaux tests en F1 par Williams, qui espère en faire son pilote d'essais.

Pour la saison 2005, voici Piquet Jr. en GP2, la dernière marche avant la F1. Son père le soutient à nouveau et monte une nouvelle écurie : HiTech/Piquet Sports. Nelsinho connaît une année plutôt difficile et doit attendre la fin de la saison pour remporter une course, à Spa-Francorchamps. Il ne finit le championnat qu'au huitième rang et l'ensemble des observateurs s'accorde pour dire qu'il a déçu.
Cela n'empêche pas BAR-Honda de le convier à de nouveaux essais en Formule 1. Durant l'intersaison 2005-2006, il s'engage en A1 GP avec l'équipe nationale brésilienne. Il remporte les deux premières courses à Brands Hatch, qui seront ses seuls succès de l'hiver.

En 2006, Nelsinho est contraint de poursuivre l'aventure en GP2. Il débute bien par une première victoire à Valence, mais va ensuite connaître de nombreuses difficultés. Le championnat est en effet dominé par le jeune prodige britannique Lewis Hamilton, contre lequel Piquet ne peut pas grand-chose. En fin de saison toutefois, il reprend du poil de la bête avec trois victoires, dont une sous la pluie à Budapest qui fait l'admiration de tous. Mais il est trop tard et Hamilton est finalement sacré lors de la dernière manche à Monza. Le jeune Brésilien doit se contenter du titre de vice-champion du monde.

Cette saison, Nelsinho fait également ses débuts en Endurance. Il remporte ainsi en janvier les Mil Milhas d'Interlagos sur une Aston Martin, accompagné de Christophe Bouchut, Helio Castroneves et...Nelson Piquet Senior lui-même ! En juin, il découvre les 24 heures du Mans, toujours sur une Aston Martin du Russian Age Racing. Aux côtés d'Antonio Garcia et de David Brabham, il finit l'épreuve neuvième, quatrième de la catégorie GT1.

Piquet Jr. franchit une nouvelle étape fin 2006 en signant un contrat de management avec Flavio Briatore, patron de Renault F1. En 2007, le voici ainsi pilote d'essais et de réserve pour la marque au losange. Il ne court ainsi cette année-là qu'en essais privés.
A la fin de la saison, il obtient enfin ce qu'il attend depuis de nombreuses années : une place de titulaire en F1. Il est promu second pilote de l'équipe Renault aux côtés du double champion du monde Fernando Alonso.

Dire que les débuts de Nelsinho Piquet en Formule 1 sont difficiles est un euphémisme. Au cours de toute la première moitié de saison, le jeune Brésilien ne va cesser de décevoir. Certes, la Renault R28 est ratée et il ne peut pas viser à son volant les points à la régulière. Mais il est surtout constamment dominé par Alonso et se montre en qualifications comme en course des plus transparents. Il est également coutumier des voitures détruites : accrochage au départ à Melbourne, collision avec Bourdais à Barcelone, choc contre le rail de Sainte Dévote à Monaco, tête à queue à Montréal alors qu'il était dans les points...On lui reproche également son attitude jugé trop nonchalante. Peu avant l'été, Nelsinho est sur un siège éjectable et on commence déjà à s'interroger sur le nom de son successeur.

La renaissance commence au GP de France où Nelsinho obtient ses premiers points en finissant septième...devant Alonso ! Après un abandon sous la pluie anglaise, vient le GP d'Allemagne à Hockenheim. Ce week-end se passe d'abord très mal puisque le Brésilien se qualifie 17ème. Sur une stratégie à un arrêt, il végète en début de course en fond de peloton sur une monoplace lourde. Il effectue son unique arrêt à la mi-course quand se produisent l'accident de Timo Glock et l'entrée en piste de la voiture de sécurité. Quasiment tous les pilotes rentrent alors aux stands pour ravitailler et Piquet en profite pour tous les passer !

Lorsque la course repend, il est troisième derrière Hamilton et Heidfeld. Mieux, ces derniers ayant encore un arrêt à effectuer, il est virtuellement en tête de la course. Au 53ème tour, Heidfeld ravitaille et voici Nelsinho Piquet en passe de remporter son première Grand Prix. Hélas pour lui, il est bien vite rattrapé par la McLaren d'Hamilton qui remonte comme une fusée. Après sept tours passés en leader, le Brésilien est facilement dépassé par le Britannique. Mais Piquet réussit tout de même à conserver sa deuxième place et offre ainsi à Renault son premier podium de la saison.

Après ce bon résultat, Nelsinho retombe hélas dans ses travers de début de saison. A nouveau complètement dépassé par Alonso, il accumule les erreurs en course et finit encore trois fois dans le rail, à Spa, Singapour et São Paulo. Il n'obtient que deux bons résultats : une sixième place en Hongrie et une quatrième place au Japon. Toutefois son accident de Singapour n'a pas été inutile : il permet à la voiture de sécurité de rentrer en piste et à Fernando Alonso, alors seul pilote ayant effectué son ravitaillement, de passer tous ses concurrents et de remporter la course. Cet accident providentiel du Brésilien n'est pas un hasard : le jeune pilote a manigancé cette combinaison avec Flavio Briatore et Pat Symonds. Mais pour l'heure, cet « incident » ne choque personne...
Piquet termine son premier championnat du monde à la douzième place du classement général.

Alors que beaucoup d'observateurs le voyaient remplacé par Romain Grosjean, Piquet est finalement conservé par Renault pour 2009, mais il n'a guère le droit à l'erreur. De nouvelles bévues signifieraient la fin de sa carrière en Formule 1.

Piquet commence bien mal cette saison décisive. En effet, si la Renault R29 est comme sa devancière loin d'être un foudre de guerre, le jeune Brésilien est à nouveau complètement dépassé par Alonso. En Australie, Nelsinho finit sa course dans le bac à graviers après un problème de freins. Treizième en Malaisie, il réalise une très mauvaise course en Chine, où il multiplie les erreurs sous la pluie et ne parvient que par miracle à franchir la ligne d'arrivée. Après une dixième place à Bahreïn, il est à nouveau mis sur la sellette par Flavio Briatore.

Ses performances ne s'améliorent absolument pas : douzième en Espagne, abandon sur accrochage à Monaco, seizième en Turquie (malgré une belle passe d'armes avec Hamilton,), douzième en Grande-Bretagne et dixième en Allemagne. Le Grand Prix de Hongrie le 26 juillet est sa dernière chance. En effet, pour la première fois de la saison Piquet bénéficie exactement de la même voiture qu'Alonso, ce qui doit lui permettre d'obtenir enfin un résultat satisfaisant. Hélas, il n'est que quatorzième en qualifications (tandis qu'Alonso signe la pôle) et finit la course à une anonyme douzième place.

Une semaine plus tard Nelson annonce qu'il a été renvoyé par Renault, et accuse par la même occasion Briatore de l'avoir harcelé moralement chaque week-end de Grand Prix.

Mais ce sont des accusations beaucoup plus graves que vont porter un mois plus tard Nelsinho Piquet et son père, lequel garde toujours rancune à Briatore pour l'avoir renvoyé en 1991. Les deux Piquet révèlent que Briatore et Symonds ont ordonné à Nelsinho de se crasher lors du GP de Singapour 2008 afin de favoriser la course d'Alonso. La FIA s'empare du dossier tandis que Renault porte plainte contre Piquet pour dénonciation calomnieuse et chantage. Mais à la mi-septembre, la marque française retire sa plainte et licencie Briatore et Symonds. Le 21 septembre, ceux-ci sont convaincus de tricherie par le tribunal de la FIA. L'Italien est exclu à vie de la compétition automobile, Symonds radié pour cinq ans. Piquet quant à lui s'en sort sans aucune sanction.

Pour la saison 2010, Piquet est un temps annoncé dans la nouvelle écurie Campos, mais l'affaire ne se concrétise pas. Sa réputation étant très entachée par l'affaire de Singapour, il change complètement d'univers et s'engage en Camping World Truck Series, la troisième division de la NASCAR. Il fait ses débuts à Daytona sur une Toyota Tundra du Red Horse Racing et finit sixième. Plus tard dans la saison, il obtient un engagement pour trois épreuves avec Billy Ballew Motorsports, toujours sur une Toyota.

Investi deux saisons complètes en Camping World Truck Series puis en Xfinity Series, l'aventure américaine de Piquet se solde par de nombreux podiums et trois victoires. On le voit aussi engagé épisodiquement en Endurance, en Indylights ou en Rallycross.

Mais c'est surtout en électrique que Nelson Junior connaîtra un succès le rapprochant un peu plus de la légende familiale. Engagé avec le China Racing pour la saison inaugurale de Formule E, la régularité du brésilien (cinq podiums, dont deux victoires) lui permet d'être sacré champion à la fin de la saison.

Malgré ce titre, ni son écurie dépassée par la concurrence dès l'année suivante, ni son transfert chez Jaguar, ne lui permettent d'obtenir à nouveau d'aussi bons résultats. Finalement, Nelsinho quitte la grille en plein milieu de saison et se tourne vers d'autres aventures comme le Stock Car Brasil, où il décroche parfois encore quelques victoires.