Profesional desde 1997, ha conseguido tres victorias en el Tour de Francia y se ha clasificado varias veces entre los diez primeros de la ronda gala y de la Vuelta a España. Es un buen escalador que, en los últimos años, ha mejorado notablemente su rendimiento en contrarreloj, lo cual le ha convertido en un importante candidato para el triunfo final en cualquiera de las grandes vueltas.

Debutó como profesional en el equipo ONCE de Manolo Sáiz, estructura en la que desempeñó fundamentalmente el papel de gregario y con la que obtuvo su primer éxito al imponerse en la clasificación de la montaña en la Vuelta a España 2000.

En la temporada 2002 fichó por el equipo danés CSC-Tiscali, dirigido por Bjarne Riis. Sastre actúa como jefe de filas en la Vuelta a España y, hasta 2005, como independiente en el Tour. Sin embargo, en el Tour de Francia 2005, actuó como gregario de Ivan Basso, líder del equipo en la ronda gala.

Su mejor resultado en la Vuelta a España ha sido el segundo puesto logrado en dos ediciones, la edición de 2005 y la de 2007, aunque anteriormente ya fue 6º en 2004 y 8º en 2000.

En el Tour de Francia ha sido 3º en 2006, 4º en el 2007, 8º en 2004, 9º en 2003 y 10º en 2002. En la edición de 2008 ganó la etapa de Alpe d'Huez tras una fuga en solitario a lo largo del puerto, lo que le hizo vestir el maillot de líder con 1,24 minutos sobre su inmediato perseguidor. Esta ventaja fue suficiente como para conseguir el triunfo final en París, a pesar de una dura penúltima etapa contrarreloj en la que su rival más peligroso, el especialista Cadel Evans, consiguió recortar poco tiempo.

Su victoria en la última edición del tour galo confirma el excelente momento que atraviesa el deporte español de cara a las próximas Olimpiadas.

Equipos

• ONCE (2000 - 2001)
• Team CSC (2002 - 2008)