Bourdais tem corrido frequentemente as famosas 24 Horas de Le Mans. Ele entrou pela primeira vez em 1999, aos 20 anos de idade. Ele dirigiu um Porsche 911 GT2 dirigido pela Larbre Competition. Ele retornou em 2000, terminando em quarto lugar com Emmanuel Clerico e Olivier Grouillard para a equipe Pescarolo, atrás dos três Audis dominantes.
Suas três aparições seguintes não correram tão bem. Em 2001, seu carro se aposentou após 271 voltas. No ano seguinte, ele terminou em nono lugar na classe LMP900. Ele perdeu a corrida de 2003 e voltou em 2004, mas seu carro se aposentou depois de 282 voltas.
A próxima corrida de Bourdais em Le Mans aconteceria em 2007. Ele dirigiu um Peugeot 908, apoiado pela fábrica. O carro que ele dividiu com Stéphane Sarrazin e Pedro Lamy terminou a corrida em segundo lugar. Em 2009 ele dirigiu novamente para a equipe da fábrica da Peugeot. Ele terminou em segundo lugar, uma volta atrás do vencedor Peugeot. Bourdais deveria conduzir o Peugeot número 3 vencedor da pole-winning em 2010. Uma falha na suspensão parou o carro antes que Bourdais pudesse virar uma volta na corrida.