Manor (2016)
Ocon dio el gran salto a piloto titular en el GP de Bélgica 2016, donde sustituyó a Rio Haryanto en el modesto equipo Manor Racing MRT. Participó en nueve carreras, aunque todas sin puntuar.
Force India/Racing Point (2017 – 2018)
En noviembre de 2016 se anunció que Esteban remplazaría a Nico Hülkenberg en Force India para la temporada 2017, siendo compañero de Sergio Pérez.78 Puntuó en todas las carreras salvo dos, en ambos casos por toques con otros automóviles, destacándose dos quintas posiciones en España y México, y cinco sextas posiciones. De este modo, el francés culminó octavo en el campeonato.
En la siguiente temporada, el rendimiento de ambos pilotos de Force India decayó; Ocon solo sumó en 10 carreras, y finalizó 12.º con menos de 50 puntos, nuevamente detrás de su compañero mexicano.
Renault – Alpine (2021 – Actual)
Ocon compartió equipo con Daniel Ricciardo en reemplazo de Nico Hülkenberg. Previo a su debut en la temporada 2020, el francés fue parte de los entrenamientos postemporada 2019.
En la primera carrera de la temporada, logró sus primeros puntos con el equipo. Finalizó entre los diez primeros con regularidad a lo largo de las 17 carreras, aunque se vio afectado por fallas de fiabilidad que lo hicieron abandonar cuatro ocasiones. Ese año, Ocon logró su primer podio en la Fórmula 1, al finalizar segundo en el Gran Premio de Sakhir. Finalizó esa temporada en el puesto 12 del campeonato, mientras que su compañero Ricciardo fue 5.º sumando casi el doble de puntos.
El equipo Renault se renombró Alpine en 2021. El bicampeón Fernando Alonso volvió a la categoría tras dos temporadas de ausencia para remplazar a Ricciardo.21 En las cinco primeras carreras de la temporada, Ocon sumó puntos en cuatro, en la cuales siempre quedó delante de Alonso. Esta situación se revirtió a partir del GP de Azerbaiyán, en el que el francés se retiró por una falla mecánica. De allí hasta la décima carrera, solamente sumó dos unidades. En el Gran Premio de Hungría, la undécima carrera, Ocon tomó el segundo puesto tras una accidentada primera curva (él comenzó en el octavo puesto). Luego de una bandera roja, Lewis Hamilton, quien iba primero, entró en boxes por neumáticos lisos una vuelta más tarde que el resto de pilotos. El francés tomó la punta de la carrera y desde allí lideró casi la totalidad de las vueltas para lograr su primera victoria y la primera de Alpine en la Fórmula 1.
Inició la temporada 2023 compartiendo equipo con el también francés Pierre Gasly, tras la marcha de Alonso a la escudería Aston Martin. En la primera carrera de la temporada, el Gran Premio de Baréin, no pudo finalizar la carrera e igualó el récord de más penalizaciones en un gran premio de Pastor Maldonado (3).