Satō es inusual entre los automovilistas japoneses, que suelen tener experiencia en las carreras de motor en su país natal.

Inicialmente compitió en las carreras de bicicleta, donde ganó varios campeonatos nacionales júnior, ante las dificultades que tenía para entrar en el automovilismo.

Finalmente logró comenzar su carrera en el mundo del motor, primero en motocicletas,[4]​ y luego en kartings en Japón a la tardía edad de 19 años,[5]​ algo que dificultaba sus posibilidades de triunfar, ya que normalmente los pilotos comienzan a pilotar karts bastante antes.

Podía haber puntuado en su debut en Australia, pero una avería puso fin a su carrera cuando rodaba en sexto puesto.

Acabó la temporada con dos puntos en su casillero, los que obtuvo al finalizar quinto en la última carrera del año, en 'su casa' (Japón).

Esa temporada Satō logró sumar un punto en el Gran Premio de España, al terminar octavo.

[17]​ Además, se mencionó que, de no mediar un error en el "pit stop", hubiera podido llegar a la cuarta posición.

En Australia, Satō tiene que abandonar por una avería, aunque llegó a rodar décimo y hubiera puntuado de no ser por el problema mecánico.

[26]​ No lo consiguió en 2008 debido a que Nelson Piquet mejoró después del aviso de Briatore.

En 2006, con un material muy desfasado, no logró puntuar, ni tampoco sus compañeros, pero a todos los superó en las carreras.

Satō asombró con un gran papel en 2007, cuando sumó los únicos cuatro puntos que atesoró Super Aguri en su breve experiencia en la F1.

Takuma sorprendió en Mid-Ohio, donde se hizo con el tercer puesto en la parrilla de salida, aunque su carrera acabó con un accidente.

Diferentes problemas (averías, colisiones por errores propios y también provocadas por rivales o sanciones) le impidieron obtener mejores resultados en su temporada de debut, dejando interesantes destellos de calidad que no pudo materializar en números positivos.

En São Paulo, Satō disputó su primera carrera en mojado en la categoría, y condujo hábilmente para evitar el caos.

El japonés lideraba una movida carrera en los últimos instantes, pero al final acabó octavo tras entrar en boxes para repostar a falta de 6 vueltas.

[35]​ Liderba la carrera en su debut con el nuevo equipo, pero una avería tras su último repostaje le hizo abandonar.

[41]​ En la fecha final en Fontana, volvió a chocar en la última vuelta, esta vez cuando peleaba posición con el eventual campeón Ryan Hunter-Reay.

[44]​ En las 500 millas de Indianápolis, salía 18.º, y tras remontar hasta el 6.º puesto, hizo un trompo que le dejó en las últimas posiciones.

Finalmente, acabó 13.º En Detroit sufrió su primer abandono de la temporada al ser empujado hacia las protecciones por Tristan Vautier.

Su mala racha continúa con más abandonos en Pocono, por problemas eléctricos cuando era el octavo clasificado tras 25 vueltas;[52]​ y en Iowa, donde otra vez Mijaíl Aleshin se lo llevó por delante.

Finalmente pone fin a 6 abandonos consecutivos con su mejor resultado del año, un quinto puesto, en la segunda carrera de Toronto.

En New Orleans, tuvo que abandonar en las últimas vueltas tras recibir un golpe en un incidente entre Marco Andretti y Charlie Kimball.

Fue decimotercero en Long Beach tras una clasificación interrumpida por bandera roja y quedarse sin combustible en la última vuelta.

Otro contacto, esta vez por parte de Will Power, volvió a perjudicarle en Alabama, donde concluyó en 17.º lugar.

[59]​ Finalizó la temporada en octava posición, habiendo obtenido el mencionado triunfo, dos poles y tres top 5.

[62]​ Posteriormente, finalizó tercero en las 500 millas de Indianápolis, logró una nueva pole position en Texas y obtuvo su segundo triunfo del año en Gateway.

[64]​ Posteriormente consiguió una segunda posición y una pole en las 2 carreras de Gateway,[65]​ logrando terminar séptimo en el campeonato, su mejor resultado en una temporada en esta categoría.

[68]​ A pesar de que protagonizó algunas buenas actuaciones en clasificación en Texas (3.º) y Detroit (2.º), su mejor resultado en carrera fue un 5.º puesto en Gateway, finalizando como 19.º clasificado en el certamen.

En su primera temporada (2010), Satō no conocía los circuitos ni había corrido nunca en ovales, y tuvo dos compañeros (Mario Moraes y Ernesto José Viso) que ya habían competido en dos temporadas en la categoría, de modo que superaron la puntuación obtenida por el japonés.

Takuma Satō tiene casa en Tokio y en el Principado de Mónaco, pero actualmente reside en Indianápolis (Estados Unidos).