Hartley nació en una familia bien integrada en los deportes de motor. Su padre, Bryan, había competido en muchas formas de deportes de motor, sobre todo la Fórmula Atlantic. A la edad de seis años, Hartley comenzó su carrera profesional en carreras de karts, a raíz de su hermano, los pasos de Nelson. Seis años después, el joven de Nueva Zelanda participó en su primer campeonato de la escala de raza, que compiten en la categoría de la primera fórmula. En contra de muchos veteranos, Hartley terminó la temporada en el séptimo puesto. En 2003, a los trece años tuvo su primera ruptura importante ya que ganó que Nueva Zelanda año de la Formula Ford Festival, que dio lugar a él conseguir una unidad para el campeonato del año siguiente la Fórmula Ford. En un coche de su hermano utilizados el año anterior, empezó a cuatro carreras y ganó dos de ellos.
Después de una temporada en la Fórmula Toyota de Nueva Zelanda, Hartley se trasladó a Europa, compitiendo en la Eurocup Formula Renault 2.0 y Fórmula Renault 2.0. El neozelandés terminó 14º y 10º en el campeonato de pilotos en la Eurocopa y la Copa de Europa del Norte, respectivamente, teniendo una posición de podio en Anderstorp en el segundo. Su segundo año en la Fórmula Renault vio estancia en la Eurocopa, pero pasar de la CNE para el campeonato italiano. Ese año vio tomar tres victorias en la Eurocup y tres podios en el campeonato italiano, y consiguió el título del campeonato en la Eurocopa. En 2007, Hartley también hizo su debut en el Masters de Fórmula 3 de Zolderacabando cuarto. Esto resultó en un ensayo con el A1 Team New Zealand y el título del novato del año.En 2008, Hartley compitió en la Fórmula 3 Británica de Carlin Motorsport, ganó cinco veces y, finalmente, terminó el campeonato en tercer lugar, debido a una mayor cantidad de abandonos en comparación con la de sus compañeros de equipo, Jaime Alguersuari y Oliver Turvey. Asimismo, compitió en ocho carreras en la Fórmula 3 Euroseries de Carlin y RC Motorsport, y ha logrado dos finales en los puntos, aunque no era elegible para puntos.
Por otra parte, Hartley terminó quinto en el Masters de Fórmula 3, y un disco sensacional en el Gran Premio de Macao para terminar en tercer lugar, después de estrellarse en la carrera de calificación. Comenzó 20º en la parrilla y registró la vuelta rápida en carrera.
Se quedó con Carlin para disputar la F3 Euroseries en 2009, acabado undécimo a pesar de que faltar a dos rondas, debido a los compromisos de la Fórmula Renault 3.5. En esa serie, Hartley compitieron por el campeón defensor del equipo Tech 1 Racing, obteniendo un segundo puesto y un quinto como mejores resultados, terminando decimoquinto en el campeonato.Hartley firmó nuevamente con Tech 1 para disputar la temporada 2010 de la Fórmula Renault 3.5. En las primeras once carreras, obtuvo un segundo puesto, dos cuartos y cinco sextos. Sin embargo, Red Bull quitó su apoyo económico al piloto, quedando sin butaca. Corrió una de las tres fechas restantes con P1 Motorsport, culminando décimo en la tabla general.
En 2011, Hartley retornó a la Fórmula Renault 3.5 con el equipo Gravity-Charouz. Obtuvo tres terceros puestos y seis top 5 en 17 carreras disputadas, por lo que alcanzó la décima posición final.
Pruebas en Fórmula 1En febrero de 2008, con 18 años, Hartley tuvo su primera experiencia de la Fórmula Uno. Fue invitado a realizar un programa de ejecución para Red Bull Racing en Riad. Desde aquí se realiza el primer Shake Down 3 días de prueba para los vehículos de 2008 Scuderia Toro Rosso, el STR3.
En noviembre de 2008, se anunció que sustituiría a Mark Webber, que se había roto una pierna en un accidente en bicicleta, mediante la realización de las tareas de pruebas junto con el piloto de pruebas permanente Sébastien Buemi de Red Bull RB4 del 2008.
Para la temporada 2009, Hartley fue designado como piloto oficial de reserva, tanto para el Red Bull Racing y Scuderia Toro Rosso equipos.No obstante, no puede obtener su superlicencia obligatoria aprobado hasta abril de 2009, fue sustituido en esta función por el retirado piloto de F1 David Coulthard para las primeras carreras en Melbourne y Sepang. Hartley hizo su debut como piloto de pruebas y de reserva en el Gran Premio de España el 8 de mayo. Él es el primero de Nueva Zelanda para alcanzar el estatus de piloto de Fórmula 1 desde que Mike Thackwell abandonara la competición en el año 1984. Fue sustituido en el papel por su compañero de Red Bull Junior piloto Jaime Alguersuari en la segunda mitad de la temporada. Sin embargo Hartley no volver a la función de piloto de reserva con Red Bull y los Toro Rosso, tras la promoción de Jaime Alguersuari a un puesto de carrera, prefiriendo centrarse en su F3 y Renault World Series temporada. David Coulthard se hizo cargo de la función. Coulthard fue el piloto de reserva para las primeras carreras, mientras que Hartley trató de obtener su superlicencia.
Para la temporada 2010, Hartley fue nombrado nuevo piloto de reserva oficial, tanto para Red Bull Racing y Scuderia Toro Rosso. Él compartirá los derechos de la reserva del conductor con su equipo de Fórmula Renault 3.5 Ricciardo. Los dos pilotos se comparta la responsabilidad en una carrera a base de raza.
Brendon Hartley fue expulsado del programa de jóvenes pilotos del Red Bull Junior Team, lo que significa su salida del equipo Tech 1 con el que competía en las World Series by Renault y el punto final a sus tareas como piloto de pruebas y reserva del equipo Red Bull de Fórmula 1.
GP2Hartley en GP2 2011, en Monza.
El 11 de septiembre de 2010, Brendon debutó con Scuderia Coloni en Monza, sustituyendo a Vladimir Arabadzhiev. En la temporada 2011 disputa las 4 últimas rondas sustituyendo a Kevin Mirocha. Logra un 5º puesto como mejor resultado.
Resistencia
En 2012, Hartley empezó a competir en las carreras de resistencia con un Oreca 03 - Nissan del equipo Murphy en tres fechas del Campeonato Mundial de Resistencia; finalizó tercero en la clase en Spa-Francorchamps, noveno en Silverstone y retiro en las 24 Horas de Le Mans. Además participó de la fecha de Donington y la Petit Le Mans, fecha válidas por la European Le Mans Series, resultando tercero en la primera.
Al año siguiente, Hartley participó en toda la temporada de la European Le Mans Series con Murphy, donde ganó en Paul Ricard y fue segundo en Hungaroring, resultando quinto en la tabla de pilotos. Además participó de las 24 Horas de Le Mans, finalizando séptimo en la clase. Por otro lado, Hartley fue piloto regular de la Rolex Sports Car Series con un Riley-BMW de Starworks; con una victoria en Road America, un tercer lugar y un cuarto, acabó 12º en la clasificación general. Porsche (2014-2017)
Porsche contrató a Hartley para competir la temporada 2014 del Campeonato Mundial de Resistencia en uno de los Porsche 919 Hybrid de clase LMP1. Con Mark Webber y Timo Bernhard como compañeros de butaca, logró tres podios, finalizando 16º en el campeonato.
Permaneciendo junto a Webber y Bernhard en Porsche, Hartley logró cuatro victorias y el segundo puesto en las 24 Horas de Le Mans, resultando campeón de pilotos. En 2016, el trío consiguió cuatro triunfos y dos terceros puestos, colaborando a que Porsche obtuviera el campeonato de marcas. No obstante, por la falta de buenos resultados en el inicio de la temporada, incluyendo las 24 Horas de Le Mans, resultaron décimo en la clasificación general de pilotos.
En 2017 ganó las 24 Horas junto a Timo Bernhard y Earl Bamber.
Fórmula 1
Toro Rosso (2017-)
En 2017 fue llamado por Red Bull Racing para reemplazar a Pierre Gasly en Scuderia Toro Rosso para el Gran Premio de los Estados Unidos. Para la temporada 2018 es piloto titular de la escudería italiana junto al piloto francés.