Buemi on võistelnud FIA World Endurance Championship'is Toyota Gazoo Racing'iga (endine Toyota Racing) alates 2012. aastast. Aastal 2014 sai temast LMP1 klassis kestvusvõistluste maailmameister. Ta võitis nii 2018. aasta Le Mansi 24 tundi kui ka 2018.-2019. aasta WEC-i meistrivõistluse. Ta võitis ka 2019. aasta
ja 2020. aasta Le Mansi 24 tundi.