David Coulthard commence sa carrière à l'âge de 12 ans par le karting. De 1983 à 1985, il remporte trois titres écossais de karting en catégorie junior. En 1986, il passe à la catégorie supérieure et enchaîne avec trois nouveaux titres. Il remporte également en 1987 et 1988, deux titres britanniques de karting en Super-1.

En 1989, il participe au championnat britannique de Formule Ford 1600 et remporte d'emblée le titre. L'année suivante, il rejoint l'équipe Paul Stewart Racing dans le championnat Opel Lotus Euroseries et termine à la cinquième place. En 1991, toujours avec Paul Stewart, il passe à la Formule 3 britannique et termine vice-champion derrière Rubens Barrichello. Il remporte les Masters de F3 à Zandvoort ainsi que le GP de Macao.

Puis, en 1992, il passe à la F3000 et termine neuvième du championnat avec deux podiums. L'année suivante, il monte quatre fois sur le podium, dont une fois sur la plus haute marche, et se classe troisième au championnat. Cette même année, il devient pilote-essayeur pour l'écurie Williams.

Williams

En 1994, l'écurie Williams doit trouver un remplaçant à Ayrton Senna, décédé lors du Grand Prix de Saint-Marin. Alain Prost et Riccardo Patrese ont pris leur retraite, Nigel Mansell est bloqué par ses contrats aux Etats-Unis et Heinz-Harald Frentzen décide de rester chez Sauber. Williams est donc « contraint » de faire débuter David, même si ce dernier sait que sa saison sera écourtée par le retour de Nigel Mansell qui participera aux trois dernières courses. Ses résultats restent tout de même satisfaisants avec quatre entrées dans les points et pour son dernier Grand Prix avant de rendre son volant à Mansell, il termine sur le podium du Grand Prix du Portugal, à seulement quelques secondes de son coéquipier Damon Hill.

Williams et McLaren s'affrontent alors sur le plan juridique pour s'emparer du pilote écossais, qui courra finalement la saison 1995 avec Williams. Il monte sur le podium à l'issue du premier Grand Prix au Brésil, puis après un passage à vide, il enchaîne avec quatre podiums consécutifs. Lors du Grand Prix du Portugal sur le circuit d'Estoril, il s'élance depuis la pole position et remporte sa première victoire. Auteur du meilleur tour en course, il signe ici le seul hat-trick de sa carrière. Il termine le championnat à la troisième place, mais quelques gaffes et le fait que Damon Hill le dépasse en performances lui font quitter Williams au profit de McLaren-Mercedes.

McLaren

De 1996 à 2001, il est l'équipier de Mika Häkkinen. David renoue avec le succès en 1997, avec deux victoires à Melbourne et à Monza et une troisième place au championnat. Mais en 1998, il se retrouve de nouveau en position de second pilote, tandis que son coéquipier finlandais remporte deux titres mondiaux. Le pilote écossais doit alors se contenter de la deuxième place à plusieurs reprises, ce qui ne l'empêche pas de remporter d'autres victoires et de terminer troisième et quatrième du championnat.

En 2000, il remporte trois Grand Prix, mais les pilotes McLaren terminent deuxième et troisième derrière Michael Schumacher qui entame alors sa domination. David est de nouveau troisième, c'est la quatrième fois en six saisons. En 2001, Häkkinen connaît un passage à vide, ce qui permet à David de talonner Schumacher en début de saison. David s'impose à deux reprises, mais Schumacher le distance irrémédiablement et l'Ecossais termine vice-champion du monde.

En 2002, Häkkinen prend sa retraite, et c'est David qui devient officiellement le numéro un, face à l'inexpérimenté Räikkönen. Malgré la suprématie des Ferrari, il parvient tout de même à remporter la victoire sur le circuit le plus difficile du monde : Monaco. Mais son âge d'or est passé et il termine cinquième du championnat. En 2003, malgré un bon début de saison marqué par une victoire en Australie, il est largement dépassé par Räikkönen qui va disputer le titre à Schumacher. L'Ecossais termine la saison à la septième place du championnat.

En 2004, David ne gagne plus, ne monte plus sur le podium et n'est plus aux avant-postes. Une moribonde dixième place au championnat mettra fin à sa carrière chez McLaren, Ron Dennis lui préférant le Colombien Juan-Pablo Montoya.

Red Bull

Pour la saison 2005, David signe avec Red Bull, qui fait ses débuts en F1. Même si sa saison peut apparaître décevante, car il ne monte qu'une fois sur un podium, pour un pilote qui a plus d'une dizaine de victoires à son palmarès. Il parvient néanmoins à réaliser de bons résultats compte tenu de son matériel, notamment en terminant quatrième à deux reprises et en menant la course très brièvement sur le Nürburgring et à Suzuka. C'est avec un désir de s'améliorer qu'il reste chez Red Bull Racing pour la saison suivante.

L'année 2006 est globalement décevante si on la compare à 2005. En revanche, il obtient un bon résultat à Monaco, sur le tracé le plus sinueux du monde de la F1, en terminant troisième, son premier podium après deux ans et demi de disette !

Il poursuit l'aventure avec Red Bull-Renault en 2007, aux côtés de Mark Webber. La monoplace, conçue par Adrian Newey, alterne le bon et le moins bon. Si elle est plus rapide que sa devancière, sa fiabilité est loin d'être exemplaire et David connaît de nombreux abandons cette saison-là. Il inscrit tout de même quelques points et tire son épingle du jeu dans des conditions pluvieuses, comme au Nürburgring et à Fuji où il finit cinquième et quatrième.

En 2008, David, doyen du plateau à 37 ans, entame sa quinzième saison en F1. Mais c'est la saison de trop pour lui. Au volant d'une RB4 plutôt médiocre, il est victime d'un grand nombre d'accidents et d'accrochages tout au long de la saison, dont certains auraient pu mal se terminer. Totalement dominé par Webber, il ne se distingue qu'une seule fois, décrochant la troisième place au Canada, son dernier podium. Il annonce sagement sa retraite pour la fin du championnat dès l'été. Lors de sa dernière course au Brésil, il est contraint à l'abandon dès le premier virage à la suite d'un accrochage avec Kazuki Nakajima.

L'après F1

Après 246 Grands Prix disputés, David Coulthard met donc un terme à sa carrière, mais pas à sa relation avec la Formule 1. Il conserve ainsi un volant de « pilote d'essai » (poste qui ne signifie plus grand-chose avec la disparition des essais privés) chez Red Bull. Il devient également commentateur pour la BBC.

En 2010, à l'âge de 39 ans, il reprend le volant et s'engage en DTM, le championnat de voitures de tourisme allemand, où il pilote une Mercedes du Mücke Motorsport. Il termine le championnat à la seizième place, n'ayant marqué qu'un seul point. L'année suivante, toujours en DTM, il termine à la même position avec de nouveau un seul point au compteur. En 2012, il participe à une troisième saison et se classe quatorzième, puis annonce qu'il met fin à sa carrière de pilote.