Reutemann fue piloto de Fórmula 1 desde 1972 hasta 1982, donde compitió para los equipos Brabham, Ferrari, Lotus y Williams. En su palmarés en la máxima categoría del automovilismo obtuvo doce victorias, 45 podios y seis pole positions en 144 carreras puntuables, además de dos triunfos y una pole en carreras fuera de campeonato.
En el Campeonato Mundial de Sport Prototipos compitió en 1971 en los 1000 km de Buenos Aires, compartiendo un Porsche 917K con Emerson Fittipaldi y logrando la decimoséptima posición.
En 1973 compitió para la Scuderia Ferrari a bordo de la Ferrari 312 PB haciendo pareja con Tim Schenken. Corrió cuatro carreras en esa temporada, obteniendo el segundo puesto en las 6 Horas de Vallelunga y Los 1000 km de Monza, con abandonos en las 24 Horas de Le Mans por rotura de una biela cuando el binomio Reutemann-Schenken se encontraba en la punta luego de 12 horas de carrera, y en las 6 Horas de Watkins Glen.
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En 1974, pasó a Alfa Romeo y corrió las 4 carreras que su actividad de Fórmula 1 le permite participar, su compañero fue el alemán Rolf Stommelen. A bordo de un Alfa Romeo T33/TT/12 la pareja Reutemann-Stommelen obtuvo esa temporada el segundo puesto en las competencias de 1000 km de Nürburgring y en las 6 Horas de Imola, y pero abandonó en los 1000 km de Zeltweg y las 6 Horas de Watkins Glen.
El piloto resultó tercero en los campeonatos 1975, 1978 y 1980. En 1981, habiendo superado a su compañero de equipo y primer piloto de Williams, Alan Jones, finalizó segundo en el Campeonato de Pilotos con una diferencia de solamente un punto con respecto al campeón, Nelson Piquet. Reutemann se retiró de la Fórmula 1 en 1982.
Por otra parte, finalizó tercero en las ediciones 1980 y 1985 del Rally de Argentina. En 1990 recibió el Premio Konex de Platino como el mejor automovilista de la década en Argentina.
En 1991, paralelamente a sus actividades en el sector privado como productor agropecuario, Reutemann inició su actividad política en el Partido Justicialista de la mano del presidente Carlos Menem. Ese año fue elegido como gobernador de la provincia de Santa Fe. Posteriormente, ejerció como senador nacional (1995-1999) y fue elegido para un segundo mandato como gobernador (1999-2003). Regresó al Senado de la Nación, donde se desempeñó en tres mandatos consecutivos, desde 2003 hasta su muerte.
Carlos Reutemann falleció el 7 de julio de 2021, tras estar varias semanas internado. Fue ingresado al hospital el 30 de mayo y permanecía en unidad de terapia intensiva desde el 21 de junio. Previamente había permanecido 17 días hospitalizado por un cuadro de anemia y deshidratación, pero su estado se fue deteriorando por sangrados digestivos y desmejora de su función renal.