Vautier inizia la sua carriera in monoposto nel 2006 correndo nella Formula Renault francese dove si classifica secondo. Dopo due anni dove ha corso sempre in patria si è spostato nel Regno Unito per competere nella Formula Palmer Audi dove ha ottenuto sei vittorie e ha chiuso al quarto posto in classifica. Nello stesso anno ha preso anche a due corse del Campionato FIA di Formula 2 sostituendo Edoardo Piscopo[1]. Nella prima gara sul Circuito di Catalogna ottiene un ottimo terzo posto.
Road to Indy
Nel 2010, Vautier decide di sportarsi negli Stati Uniti, correndo nel campionato Star Mazda per il team Andersen Racing. Nella sua prima stagione oltre oceano, ottiene due vittorie e chiude quinto nella classifica assoluta. L'anno seguente rimasto nella serie passano per il team JDC MotorSports ottiene quattro vittorie e si laurea campione nella serie. Nel 2012 sale di categoria passando alla Indy Lights, guidando per il team Sam Schmidt Motorsports[2]. La stagione è un successo per il pilota francese, ottiene quattro vittorie e altri tre podi che lo portano a laurearsi campione nella serie[3].
IndyCar
Tristan Vautier (#55) a fianco a di E. J. Viso (#5) nel 2013
Grazie alla vittoria del Indy Lights, Vautier ottiene una borsa di studio per finanziare il suo passaggio nella IndyCar Series[4]. Il francese si unisce al team HP Motorsports per la stagione 2013 della serie statunitense ma non arrivano grandi risultati e per la stagione seguente non riesce a trovare un sedile. Nel 2014 Vautier decide di correre nella Blancpain GT Series con la Ferrari 458 Italia GT2 e nel Campionato United SportsCar con la Lola B12/60 motorizzata Mazda. L'anno seguente, a metà stagione, viene chiamato dal team Dale Coyne Racing per tornare a correre in IndyCar[5]. A fine stagione non viene confermato dal team, ma ritorna nella serie un'ultima volta corredo sul Texas Motor Speedway nel 2017[6].