Brał udział w wyścigach pomocniczych Formuły 3 podczas Grand Prix Australii 2006, wygrał trzy z czterech, które się odbyły. W sezonie 2006 startował w Formule 3 w barwach zespołu, którego właścicielami są Kimi Räikkönen i jego menedżerowie Steve i David Robertson. W klasyfikacji końcowej zajął trzecie miejsce. Następnie podpisał kontrakt z ekipą GP2 Arden International na występy w sezonie 2007.
12 maja 2007 roku Bruno Senna odniósł na torze w Barcelonie pierwsze w karierze zwycięstwo w GP2. thumb|300px|Senna w Oreca LMP1 z serii Le Mans
Formuła 1 thumb|300px|Senna podczas Grand Prix Kanady 2010
W roku 2008 dostał propozycję startów w sezonie 2009 w zespole Honda Racing F1, do podpisania umowy jednak nie doszło, gdyż Honda z powodów ogólnoświatowego kryzysu wycofała się z Formuły 1. Startował w wyścigach długodystansowych Le Mans w zespole ORECA.
W 2009 roku przed kwalifikacjami do Grand Prix Abu Zabi, Senna podpisał kontrakt początkowo z Campos Meta Team. Kiedy okazało się, że zespół popadł w problemy finansowe, przyszłość w Formule 1 Senny była niepewna. Ostatecznie 19 lutego 2010 zespół został kupiony przez José Ramóna Carabante, który przekształcił zespół w Hispania Racing F1 Team.