Zicht vanaf Mall Area, Main Grandstand North, Lower Tier
Het circuit werd ontworpen door de Duitse ontwerper Hermann Tilke, die later circuits zou ontwerpen in onder meer Sjanghai, Sakhir, Istanbul, Marina Bay en Yas Marina. Als onderdeel van een reeks grote infrastructuurprojecten in de jaren negentig onder de regering van Mahathir Mohamad werd het Sepang International Circuit tussen 1997 en 1999 aangelegd in de buurt van Putrajaya, de toen pas opgerichte administratieve hoofdstad van het land, met de bedoeling er de Grand Prix van Maleisië te organiseren. Net als andere circuits in het land staat het circuit bekend om zijn onvoorspelbare vochtige tropische weer, variërend van heldere ovenhete dagen tot tropische regenstormen.
Het circuit werd officieel ingehuldigd door de 4e premier van Maleisië Mahathir Mohamad op 7 maart 1999 om 20:30 MST (UTC+08:00). Vervolgens heeft hij op 20 april 1999 de eerste Moto GP Grand Prix van Maleisië geopend (zie Grand Prix van Maleisië voor motoren 1999) en op 17 oktober 1999 de eerste Petronas Grand Prix van Maleisië Formule 1 (zie Grand Prix van Maleisië 1999).
Op 23 oktober 2011, in de tweede ronde van de MotoGP Shell Advance Grand Prix van Maleisië, kwam de Italiaanse motorcoureur Marco Simoncelli om het leven na een crash in bocht 11 in ronde 2, waardoor de race werd gestaakt.
Het circuit werd in 2016 volledig opnieuw geasfalteerd, waarbij verschillende bochten opnieuw werden geprofileerd om de nadruk te leggen op mechanische, in plaats van aerodynamische, grip. Met name de laatste bocht werd met ongeveer 1 meter verhoogd, waarvan officials beweerden dat het coureurs zou dwingen om een latere apex te nemen en verschillende racelijnen door de hairpin te verkennen.
In oktober 2016 ging het gerucht dat het Sepang-circuit mogelijk van de Formule 1-kalender zou worden geschrapt vanwege teruglopende kaartverkoop, en hield het zijn negentiende en laatste Grand Prix van het wereldkampioenschap in 2017. Het contract van de race zou in 2018 aflopen, maar de toekomst ervan was in gevaar gekomen als gevolg van stijgende hosting fees en dalende kaartverkoop.