マレーシア政府が首都クアラルンプール郊外に位置するクアラルンプール国際空港の近郊に、近代化政策の一環として１億米ドルを投じ、２３００エーカー（東京ドーム約１９９.９個分）の敷地にショッピングセンター、ホテル、ゴルフコース、複数のスポーツ施設と共にセパン・インターナショナル・サーキットを建設。僅か１４ヶ月で完成すると、過去に開催されていたシャー・アラム・サーキット（１９９１年～１９９７年）、ジョホール・サーキット（１９９８年）に替わって、１９９９年から『MotoGP™世界選手権』と『Ｆ１世界選手権』を毎年開催。

最初の２年間は４月に開催されたが、２００１年からはフライアウェイ・ラウンドの１戦として１０月に開催。赤道に近い高温多湿の気象条件により、ライダーたちにとってはシーズンで最も過酷なレースが強いられる。

初開催から毎年５万人程度の観衆が訪れていたが、２００９年に１０万人、２０１５年には初めて１５万人を記録。

２０１６年１０月、グランプリ開催期間中に、セパン・インターナショナル・サーキットとドルナスポーツとの間で、２０１７年から５年間の延長開催に関して合意し、２０２１年までの開催が決定。

２１年連続の開催が予定されていた２０２０年と翌年の２０２１年は、新型コロナウイルスの影響を受けてキャンセルを強いられたが、２０２２年に復帰。２０２４年には過去最多となる１９万人の観客動員数を記録。

マレーシアの国営石油会社ペトロナスの支援を受け、サーキット名をペトロナス・セパン・インターナショナル・サーキットに改名して４年目となる２０２６年は、シーズン２０戦目として１０月３０日から１１月１日に開催が予定されている。