Heikki Kovalainen débute sa carrière dans les compétitions de karting en 1991. S'affirmant au fil des années comme l'un des spécialistes mondiaux de la spécialité, il remporte notamment en 2000 les Masters Elf organisés à Paris-Bercy. En 2001, Kovalainen accède au sport automobile dans le championnat britannique de Formule Renault, qu'il termine à la quatrième place du classement général avec deux victoires, ce qui fait de lui le meilleur débutant de l'année. En 2002, soutenu par le Renault Driver Development (une structure montée par Bruno Michel et Flavio Briatore et destinée à préparer les futurs pilotes de la marque au losange en Formule 1), il passe en British F3, où il s'affirme à nouveau comme le meilleur débutant de l'année avec 5 victoires et la 3e place au championnat. En 2003, toujours soutenu par Renault, Kovalainen dispute le championnat de World Series by Nissan. Pour sa première saison dans la discipline, il termine vice-champion derrière son coéquipier Franck Montagny, avant de conquérir le titre en 2004. Mais cette année là, il se fait surtout connaître du grand public en remportant au Stade de France la « Race of Champions », compétition de prestige au cours de laquelle il domine plusieurs stars établies du sport automobile telles que Sébastien Loeb ou encore Michael Schumacher. En 2005, il rejoint le nouveau championnat GP 2 Series qu'il aborde en position de favori. Mais après un remarquable début de saison, il est finalement battu sur le fil par Nico Rosberg et doit se contenter de la place de vice-champion. Parallèlement à sa saison de GP2, Kovalainen est en 2005 le deuxième pilote essayeur du Renault F1 Team (l'autre étant Franck Montagny), avant d'occuper seul en 2006 le poste de pilote essayeur. Avec plus de 18 000 kilomètres couverts en 2006, Heikki Kovalainen a mené — aux côtés de ses équipiers Alonso et Fisichella — une large part du développement de la voiture championne du monde. Heikki a impressionné l'équipe, au long des séances d'essais, par son excellent bagage technique, sa capacité à progresser et sa vitesse naturelle au volant. Ses prestations ont paru suffisamment convaincantes à Renault pour que l'écurie championne du monde décide de le titulariser en 2007 en remplacement de Fernando Alonso, parti chez McLaren, lui offrant ainsi l'opportunité de courir en Grand Prix dans une équipe de pointe.