Bourdais často závodil ve slavném závodě 24 hodin Le Mans. Poprvé do něj vstoupil v roce 1999, když mu bylo 20 let. Řídil vůz Porsche 911 GT2 provozovaný společností Larbre Competition. V roce 2000 se vrátil a s Emmanuelem Clericem a Olivierem Grouillardem dojel v týmu Pescarolo na čtvrtém místě za třemi dominantními vozy Audi.
Další tři vystoupení se mu příliš nepovedla. V roce 2001 jeho vůz odstoupil po 271 kolech. V následujícím roce skončil ve třídě LMP900 na devátém místě. Závod v roce 2003 vynechal a vrátil se v roce 2004, ale jeho vůz odstoupil po 282 kolech.
Další závod v Le Mans čekal Bourdaise v roce 2007. Jel s továrním vozem Peugeot 908. Vůz, který sdílel se Stéphanem Sarrazinem a Pedrem Lamym, dokončil závod na druhém místě. V roce 2009 jel opět za tovární tým Peugeot. Skončil na druhém místě, jedno kolo za vítězným Peugeotem. V roce 2010 měl Bourdais řídit Peugeot č. 3, který vyhrál pole position. Porucha zavěšení zastavila vůz dříve, než Bourdais stačil v závodě otočit kolo.