Bourdais a participat frecvent la faimoasa cursă de 24 de ore de la Le Mans. A intrat pentru prima dată în 1999, la vârsta de 20 de ani. A condus un Porsche 911 GT2 condus de Larbre Competition. A revenit în 2000, terminând al patrulea, alături de Emmanuel Clerico și Olivier Grouillard pentru echipa Pescarolo, în spatele celor trei Audi dominante.
Următoarele trei apariții ale sale nu au decurs la fel de bine. În 2001, mașina sa a fost retrasă după 271 de tururi. În anul următor, a terminat pe locul nouă în clasa LMP900. A ratat cursa din 2003 și a revenit în 2004, dar mașina sa a fost retrasă după 282 de tururi.
Următoarea cursă a lui Bourdais la Le Mans avea să aibă loc în 2007. El a pilotat un Peugeot 908 susținut de uzină. Mașina pe care a împărțit-o cu Stéphane Sarrazin și Pedro Lamy a terminat cursa pe locul doi. În 2009 a pilotat din nou pentru echipa de fabrică Peugeot. A terminat pe locul al doilea, la un tur în spatele Peugeot-ului câștigător. Bourdais avea să conducă Peugeot #3, care a câștigat pole-position-ul în 2010. O defecțiune la suspensie a oprit mașina înainte ca Bourdais să poată parcurge un tur în cursă