Sakon Yamamoto disputò vari campionati di karting in Giappone prima di passare al suo campionato nazionale di F3 nel 2001. Nel 2002 disputò la F3 tedesca, prima di passare al livello europeo nel 2003.

Yamamoto tornò in Giappone, vincendo una manche al Twin Ring di Motegi per questa sua quarta stagione in F3. Nel 2005 passò alla Formula Nippon e giunse decimo con il team Kondo.

Dopo che il suo connazionale Yuji Ide non è riuscito a convincere la Formula 1 delle sue capacità, Yamamoto ha raggiunto la Super Aguri al Gran Premio di Gran-Bretagna 2006 in prima analisi come pilota collaudatore prima di sostituire Franck Montagny al Gran Premio della Germania nel ruolo di titolare.

Yamamoto ha faticato molto all'inizio, ma nel suo settimo ed ultimo weekend di gara in Brasile è riuscito a segnare un impressionante settimo miglior tempo in gara tagliando il traguardo al 16° rango.

Nel 2007 Takuma Sato ha conservato il suo volante da titolare essendo affiancato dal britannico Anthony Davidson. Yamamoto invece, ha ricoperto il ruolo di collaudatore per la scuderia nipponica, prima di sbarcare a metà stagione alla Spyker, a partire dal GP d'Ungheria, per sostituire Christijan Albers.

Le sue prestazioni sono state abbastanza buone e anche se il team di Silverstone non è stato per nulla competitivo, Yamamoto ha terminato cinque delle sette gare disputate ottenendo un 12° posto a Fuji come miglior risultato.

Nel 2008 Yamamoto ritrova il ruolo di collaudatore, ma con la Renault, team che saprà offrirgli certamente il modo di mettersi più in evidenza.