Магнуссен почав свою кар'єру в картинзі. У 2008 році добився великого успіху в данській Формулі-Форд, вигравши чемпіонат[5]. Також цього року він брав участь у шести гонках серії ADAC Formel Masters[5].
У 2009 році перейшов до Формули-Рено, опинившись у Північноєвропейському кубку за підсумками сезону другим, слідом за португальцем Антоніо Феліксом да Коштою, в Єврокубку зайняв сьому сходинку, пілотуючи за команду Motopark Academy[5].
У 2010 році Магнуссен змагався в німецькій Формулі-3 з Motopark Academy і Carlin Motorsport. Виграв дебютну гонку сезону на трасі Ошерслебен, закінчив сезон на третій сходинці заліку.
У 2011 році виступав за Carlin в Формулі-3.
У 2012—2013 роках — пілот Формули-Рено 3.5.
Формула-1
Магнуссен вперше сів за кермо боліда McLaren MP4-27 на трасі в Абу-Дабі на тестах новачків 6 листопада 2012 року і встановив час 1:42.651. Ще раніше він працював на гоночному симуляторі команди[6]. Показаний Магнуссеном час був найкращим протягом усіх трьох днів тестів, і ця обставина справила враження на спортивного директора Макларена Сема Майкла. Відстань, пройдена на тестах, дозволила йому отримати суперліцензію, необхідну для участі у Формулі-1[7].
McLaren (2014)
14 листопада 2013 року було підтверджено, що Магнуссен буде керувати болідом команди Макларен, замінивши Серхіо Переса. У дебютній кваліфікації на Гран-прі Австралії зайняв 4-у позицію, перекваліфікував свого напарника — чемпіона світу Дженсона Баттона. Наступного дня, вже в гонці, фінішував третім, а після гонки отримав друге місце завдяки дискваліфікації Даніеля Ріккіардо[8].
Haas (2022)
На Гран-прі Бразилії 2022 Магнуссен завоював свій перший поул в кар'єрі