Dia juga berpartisipasi dalam Formula Renault 2.0 Piala Eropa Utara, di mana dia menempati posisi ketiga dalam klasemen dengan delapan kali naik podium.
Untuk musim 2012 Vandoorne tetap di Eurocup, tetapi meninggalkan KTR untuk bergabung dengan Josef Kaufmann Racing.
Dia memenangkan kejuaraan dengan sepuluh poin setelah pertempuran ketat antara dirinya dan Daniil Kvyat yang didukung oleh Red Bull.
Formula One
Pada Februari 2013, Vandoorne bergabung dengan Program Pengemudi Muda McLaren, di bawah pengawasan manajernya saat itu, Richard Goddard.
Pada Januari 2014, ia diumumkan sebagai pembalap ketiga untuk McLaren.
Tanggal 31 Maret 2016, diumumkan bahwa Stoffel Vandoorne menggantikan pembalap utama, Fernando Alonso, di Grand Prix Bahrain.
Keputusan itu diambil setelah pembalap Spanyol itu dinyatakan tidak layak mengemudi menyusul kecelakaan besar di babak sebelumnya.
Stoffel Vandoorne finis di urutan ke-10 dan menjadi pembalap cadangan pertama yang mencetak mampu meraih poin pada debutnya sejak Sebastian Vettel di Grand Prix Amerika Serikat 2007.
Stoffel Vandoorne menjadi pembalap simulator tim Mercedes pada 2019.