Den 25. september 2005 vant Fernando Alonso sin første verdensmestertittel i Formel 1. Med sine 24 år var han den yngste føreren som hadde oppnådd det (en rekord som senere ble slått av Lewis Hamilton i 2008 og Sebastian Vettel i 2010). Alonso og Renault gjorde slutt på Michael Schumacher og Ferraris dominans (tyskeren hadde vunnet fem VM-titler på rad).
Alonso ble nummer tre i Brasil GP, men vant sju av 19 løp det året, etter et 2004 uten seier. Han hadde vunnet sitt første Grand Prix i 2003, og ble den første spanjolen til å gjøre det. Med Renaults R25 klarte han og Renault-teamkameraten Giancarlo Fisichella også å vinne konstruktørmesterskapet.
Alonso vant tittelen igjen i 2006, men vant aldri mer et nytt verdensmesterskap. Han var svært nær i 2007 (ett poeng bak Kimi Räikkönen), 2010 (fire poeng bak Sebastian Vettel), 2012 (tre poeng bak Vettel) og 2013. Dette var de gylne årene for "Alonsomanía", der Formel ble den mest omtalte sporten (etter fotball) i det spanske samfunnet. Det hjalp også at det ble sendt på gratis TV...
Alonso har ikke vunnet et Grand Prix siden 2013, men i en alder av 44 år kjemper han fortsatt for det, og han ser 2026 som et år med muligheter, med det nye reglementet på plass og arbeidet til Adrian Newey hos Aston Martin.