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Né le 19 octobre 1981 à Suomussalmi, le Finlandais a éclaté sur la scène internationale en gagnant la Course des champions en décembre 2004 face à Sébastien Loeb. Heikki s'était déjà fait remarquer en karting ; il a poursuivi sa formation en Formule Renault en 2001.

Troisième du championnat britannique de F3 en 2002, il était recruté pour suivre le programme de développement des jeunes pilotes Renault. Vice-champion des World Series by Nissan (désormais World Series by Renault) derrière Franck Montagny, il sera sacré en 2004 dans cette série monoplace.

Vice-champion pour ses débuts en GP2 en 2005, Kovalainen s'est concentré sur son rôle de pilote d'essais avec Renault F1 en 2006 où il a été titularisé en 2007. Après un début de saison laborieux, il a néanmoins terminé sa première année en Formule 1 à la 7e place du classement des pilotes - devant son expérimenté compagnon d'écurie, Giancarlo Fisichella - avec en point d'orgue une deuxième place lors du Grand Prix du Japon.

Recruté par McLaren en 2008 (pour succéder encore à Fernando Alonso, qui lui retournait chez Renault), Kovalainen s'est retrouvé aux côtés de Lewis Hamilton. Malgré un meilleur équipement, il n'a pas été en mesure de se hisser au niveau de son coéquipier britannique et terminait la saison à une lointaine 7e place - la même position obtenue avec Renault l'année précédente. Heikki a cependant décroché sa première victoire en F1 grâce à l'abandon de Felipe Massa vers la fin du Grand Prix de Hongrie.

En 2009, le manque de compétitivité de la McLaren en début de saison n'a pas aidé le Finlandais à redorer son blason. Il terminait alors à la 12e place au classement des pilotes, avec une 4e place à Valence comme meilleur résultat.

Remplacé par le champion en titre Jenson Button, Kovalainen quittait McLaren pour rejoindre la nouvelle écurie Lotus Racing en 2010. Il y retrouvait un autre ancien pilote Renault au prénom finnois : Jarno Trulli. Grâce a une 12e place obtenue lors d'une course chaotique, il plaçait Lotus à la 10e place du classement des constructeurs.

Kovalainen a continué avec la même équipe - renommée Team Lotus - en 2011. Mis à part quelques exceptions, il s'est toujours montré plus fort que son coéquipier. Avec une 13e place comme meilleur résultat (Trulli en a fait autant), il sécurisait une nouvelle fois la 10e place de son équipe dans le classement des constructeurs.

Le pilote finlandais sera de retour en 2012 avec la même équipe qui, suite à un règlement avec le constructeur Group Lotus, portera le nom du petit manufacturier de voitures sportives Caterham. Il espère marquer les premiers points de l'écurie.