A később a Brawn GP-vel világbajnokká váló Jenson Buttonnek kellett félreállnia, s egy éven át a csapnivaló formában lévő Benettonnál sínylődnie annak érdekében, hogy bemutatkozhasson a királykategóriában az ezredforduló környékének egyik legizgalmasabb újonca, Juan Pablo Montoya, aki fantasztikus ajánlólevéllel érkezett meg a száguldó cirkuszba.
Az alsóbb kategóriákban is szép eredményeket felmutató kolumbiai a Formula-3000 friss bajnokaként érkezett meg az Egyesült Államokba – többek közt ő lett az első versenyző a mai GP2 elődjében, aki zsinórban négy pole-t szerzett, s arra korábban szintén nem volt példa, hogy valaki mindenkit lekörözzön egy futamon, ahogy azt JPM tette Pau-ban. Ekkor már két éve kapcsolatban állt a Williamsszel, akik Chip Ganassitól megszerezték Alessandro Zanardit, míg Montoya az ő helyét foglalhatta el Jimmy Vasser csapattársaként.
Az ekkor mindössze 23 éves kolumbiai aztán a CART-ban valósággal berúgta az ajtót: első öt versenyéből hármat megnyert, ebből kettőt oválpályán, s hamar a bajnokság fő esélyesévé vált. Bár volt egy-két hullámvölgye szezon közben, kétszer is triplázni tudott, s a fontanai szezonzárón pontegyenlőséggel, több győzelmének köszönhetően megszerezte a bajnoki címet Dario Franchitti orra elől – az ünneplést sajnálatos módon beárnyékolta Greg Moore tragédiája...
Bár a Williams azonnal szerette volna az F1-ben látni őt az alulteljesítő Zanardi helyén, Montoya úgy döntött, hogy marad még egy évet azt követően, hogy Nigel Mansell óta a széria első újoncbajnoka lett. Bár ezúttal „csak” három győzelmet szerzett, s esélye sem volt a címvédésre, ismét végrehajtott egy nagy hőstettet – amire egy másik brit bajnok, Graham Hill amerikai kiruccanása óta nem volt példa: megnyerte élete első Indy 500-át. Tette mindezt annak ellenére, hogy többen erős kritikával illették a többek közt Michael Andrettit is felháborító versenyzési stílusa, illetve hozzáállása miatt – többek közt azt találta mondani a verseny előtt, hogy mind a négy kanyar ugyanolyan, így a pálya jóval kevesebb odafigyelést igényel, mint a CART road course-ai.
A 2001-es szezonban aztán már nem is lehetett kérdéses, hogy Montoyának az F1-ben van a helye, így az Újvilágtól átmenetileg búcsút véve belevágott a nagy kalandba. Első szezonja akár 1-es karrierjének egészét is jól jellemezheti: az első tíz futamon csak kétszer ért célba, akkor viszont egyaránt a második helyen, s a 17 versenyből mindössze 6-szor látta meg a kockás zászlót, ebből négyszer az első kettő között zárt. Egy győzelmet és három pole-t szerzett, s külön kiemelendő, hogy karrierje harmadik F1-es futamát magabiztosan vezette Brazíliában, míg a lekörözött Jos Verstappen ki nem lökte őt.
A 2002-es szezonnak aztán már bajnoki reményekkel vágott neki a kolumbiai, de hamar csalódnia kellett, hiszen a Ferrarikkal szemben nem volt ellenszere a Williamsnek. Bár csapattársával és a mclarenes Coultharddal ellentétben egy futamot sem nyert, ő volt Michael Schumacher igazi riválisa abban a szezonban – ami több ütközéssel is járt. A kolumbiai épp úgy hét pole-t szerzett a szezonban, mint a német, de ezek közül csak egyet tudott dobogóra váltani (különösen emlékezetes a nyár eleji hármas sorozat: három pole, három kiesés), így a bajnokságban nemhogy Schumachert, de Barrichellót sem érthette utol.
Egy esztendővel később viszont már valóban a bajnokesélyesek közé lépett elő a kolumbiai, miután kifejezetten az ő vezetési stílusához szabták az autót – csakhogy az új technika kiforrásához idő kellett, s talán azt sem túlzás állítani, hogy az év elején bukta el a bajnoki címet Montoya. Hat futam után, túl a szezon egyharmadén még csak hetedik volt a pontversenyben, 25, illetve 23 pont hátrányban az élen álló Raikkönen-Schumacher kettős mögött, ezt követően viszont zsinórban nyolcszor állhatott dobogóra, s az utolsó előtti indianapolisi versenyre már másodikként érkezett, mindössze két ponttal Schumacher mögött, s remeklésével csapatát is a pontverseny élére állította.
A szezon vége aztán rémesen alakult mind az ő, mind a Williams számára, így be kellett érnie a bajnoki bronzéremmel, a McLaren pedig kis híján ugyanerre a helyre lökte vissza a grove-iakat. Ez volt Montoya F1-es karrierjének utolsó igazán jó éve. A 2004-es szezont jobb elfelejteni: tudván, hogy a McLarenhez távozik a csapattól (állítólag ezt már az előző évi francia futamon eldöntötte, amikor durván összekülönböztek az istállóval), sem ő maga, sem a Williams nem erőltette túl a dolgokat, de végül a szezonzárón megadatott a szép búcsú: Montoya győzelemmel köszönt el első F1-es csapatától.
Kimi Raikkönennel a 2005-ös szezon egyik legizgalmasabb párosát alkotta a kolumbiai, s miután az hamar kiderült, hogy a bajnoki versenyfutásba a Ferrari nem szólhat bele, s a szezont négyből négy győzelemmel kezdő Renault lesz a fő ellenfél, kulcskérdés volt, hogy a szezon elején ki veszi magához a kezdeményezést a McLaren két pilótája közül. Bár Montoya jobban kezdett, a 3. és a 4. futamot egy sérülés miatt ki kellett hagynia, majd túl korán tért vissza, így komoly hátrányt szedett. A szezon felénél csapattársa 37 ponttal ér három győzelemmel állt a tabella második helyén, miközben ő mindössze 17 egységet gyűjtött. Ezt követően hiába nyert háromszor is, a bajnokság negyedik helyénél nem tudott feljebb kapaszkodni, s a tőle hiányzó pontokra nagy szükség lett volna a konstruktőri pontversenyben is.
A következő évet aztán Montoya már nem is csinálta végig, többször is gyenge teljesítményt nyújtott, Indianapolisban tömegbalesetet váltott ki, melynek ő és csapattársa is áldozatul esett, s miután a McLarennél bizonytalanná vált a jövője, július 9-én bejelentette, hogy a következő idényt már a NASCAR-ban kezdi meg. A McLaren válaszul azonnali hatállyal felbontotta szerződését, a kolumbiai közös megegyezéssel távozott, senki nem maradt adósa senkinek.
Montoya ezt követően a 2006-os év végétől egészen 2013-ig a NASCAR-ban szerepelt, a csúcskategóriában két győzelmet szerzett, mindkettőt road course-on, míg a legjobb összetettbeli eredménye egy nyolcadik hely volt. A daytonai 24 óráson ez idő alatt háromszor győzött a Ganassi színeiben, így Indianapolis és Monaco után egy újabb legendás helyszínt hódított meg.
