Neuville nació en el municipio de habla alemana de Sankt Vith en Belgica. Debutó en el automovilismo con 17 años en la modalidad de autocross. Condujo su primer rally a los 19 años; en 2007, su primer coche de rally fue un Opel Corsa que pilotó en un evento en Luxemburgo. En 2008, ganó el Concurso de Rally del Royal Automobil Club de Bélgica, lo que inició su carrera en el mundo del rally. Al año siguiente, ganó el Citroën Rally Trophy Belux con un Citroën C2 R2 Max. 

Neuville hizo su debut en el Intercontinental Rally Challenge en 2009 cuando el equipo de pilotos BF Goodrich le ofreció un asiento en el Rally de Ypres de 2009 con un Peugeot 207 S2000. Se estrelló y abandonó el rally mientras se encontraba en cuarto lugar. 

Para el Rally de Finlandia de 2008, se inscribió con un Ford Fiesta ST y habría debutado en el WRC, pero no participó en la prueba. En su lugar, debutó en el WRC en el Rally de Cataluña de 2009 con un Citroën C2 R2 y el francés Nicolas Klinger como copiloto, prueba en la que finalmente se retiró. 

Neuville condujo un Citroën C2 S1600 propio en cinco de las seis rondas del Campeonato Mundial de Rally Júnior de 2010, junto a Klinger. En las dos primeras rondas, sobre grava, el Rally de Turquía y el Rally de Portugal, Neuville se retiró en ambos eventos mientras lideraba la categoría; en Turquía se debió a un fallo mecánico, mientras que en Portugal se estrelló. No fue hasta la tercera ronda del Rally de Bulgaria, sobre asfalto, que Neuville ganó su primer evento en la categoría. El retiro siguió en el siguiente evento en Alemania después de un fallo de motor. Su último evento de la temporada fue en Francia, donde fue tercero en la categoría. A pesar de liderar muchos de los eventos, junto con muchas victorias de etapa, de la temporada, Neuville terminaría el campeonato en séptima posición, debido a los muchos retiros. 

Ese mismo año, Neuville, con Klinger como copiloto, fue contratado para conducir un Peugeot 207 S2000 en seis eventos en el Intercontinental Rally Challenge 2010 para Peugeot Belgium-Luxembourg (Bel-Lux), un equipo respaldado por Kronos Racing. Su primer evento fue el Rally Islas Canarias, donde se retiró debido a daños en la suspensión mientras corría en séptima posición. Habiendo disputado hasta ahora solo rallies de asfalto con el 207 S2000, disputó su primer rally de grava en el coche, en el Rally de Cerdeña, donde consiguió el cuarto puesto. Fue tercero, su mejor resultado en el evento de su país, el Rally de Ypres. Sus tres últimas carreras de la temporada fueron el Rally de la República Checa, el Rally de San Remo y el Rally de Escocia. Se retiró en las pruebas de República Checa y Escocia. En San Remo quedó octavo, asegurando la última posición en puntos. Neuville terminó la temporada en noveno lugar, sumando doce puntos en sus seis carreras. 

Neuville continuó con el equipo Peugeot Bel-Lux en el Intercontinental Rally Challenge 2011. En la apertura de la temporada en el Rally de Montecarlo estrelló su 207 S2000 en la primera etapa y se retiró. Después de Montecarlo, su copiloto Klinger fue reemplazado por el belga Nicolas Gilsoul para el resto de la temporada. En el siguiente evento en Islas Canarias, Neuville luchó por la victoria, pero terminó tercero detrás del ganador Juho Hänninen y el segundo clasificado Jan Kopecký. La primera victoria llegó en el siguiente evento en el Rally de Córcega con una conducción convincente, terminando 15,5 segundos por delante de Kopecký. Fue el más rapido en el Rally de Yalta, pero una salida de la carretera y un pinchazo significaron que el belga solo pudo terminar en sexta posición. En Ypres los daños en la suspensión provocaron el retiro de Neuville. En la siguiente prueba de República Checa, Neuville fue cuarto. En Hungría, Neuville estuvo a solo 0,8 segundos de ganar el rally, detrás del ganador Kopecký. Su segunda victoria llegaría en el Rally de San Remo, ganando por solo 1,5 segundos. En la penúltima ronda en Escocia, Neuville fue sexto, después de haber hecho un trompo y haber perdido tiempo con respecto a los líderes. De cara a la prueba final en Chipre, Neuville fue uno de los cinco pilotos que tenían opciones matemáticas de ganar el título. Neuville mantuvo el liderato del rally desde el principio, pero poco después, surgió un problema con el alternador de su coche y el belga tuvo que retirarse. El título finalmente fue para el noruego Andreas Mikkelsen, quien ganó el rally, mientras que Neuville terminó quinto en la clasificación.

Tras su paso por el IRC el Citroën Junior Team decide contratar a Neuville para la temporada 2012 del Campeonato Mundial de Rally con el Citroën DS3 WRC. Puntuó en seis carreras, destacándose un cuarto lugar y dos quintos, y culminó séptimo en la tabla de puntos.

Nasser Al-Attiyah le ofreció correr dos pruebas ese mismo año. Posteriormente, el belga firmó con M-Sport un programa completo en 2013 con un Ford Fiesta RS WRC.^[2]​ Obtuvo cuatro segundos puestos y tres terceros, y resultó segundo en el campeonato por detrás del dominador Sébastien Ogier.

En el mes de noviembre, y después de recibir otras ofertas como la de M-Sport, Neuville firmó un contrato con Hyundai, marca con la que competiria en 2014 a bordo del Hyundai i20 WRC.^[3]​

En la primera cita del año, Montecarlo, debutó con el Hyundai i20 WRC pero en el kilómetro siete del primer tramo de la prueba se salió en una curva rápida de derecha y golpeando la parte trasera del coche contra un poste obligándole a abandonar.^[4]​ En la segunda cita, Suecia, Neuville golpeó su coche contra una piedra que lo obligó a abandonar aunque se reenganchó a la carrera, sufrió un pinchazo que le hizo perder cuatro minutos y finalmente terminó en la vigésimo octava posición.^[5]​

En la primera cita del año sobre tierra, México, Neuville logró terminar en la tercera posición por detrás de los dos pilotos de Volkswagen, Ogier y Latvala, dando a Hyundai su primer podio en el campeonato del mundo.^[6]​ Tras la disputa del último tramo el piloto belga tuvo que solucionar una fuga en el sistema de refrigeración del radiador rellenándolo con la cerveza que le habían entregado en el podio, para poder completar los 33 km de tramo enlace hasta la asistencia final del rally.^[7]​

En el Rally de Alemania abandonaron Ogier y Latvala, por lo que Neuville aprovechó para ganar la carrera. También fue tercero en Polonia, cuarto en Gran Bretaña y quinto en Argentina, quedando así sexto en el campeonato.

En 2015, Neuville resultó segundo en Suecia, tercero en Cerdeña, cuarto en Finlandia y quinto en Montecarlo y Alemania. Así, culminó la temporada en la sexta posición de campeonato.

Las siguientes temporadas, 2016, 2017, 2018 y 2019 Neuville termina siempre subcampeón del Mundial, las tres primeras superado por Sébastien Ogier y la última por Ott Tänak. En todos estos años logra once victorias.

La temporada 2020 termina en cuarta posición, mientras que las temporadas 2021, 2022 y 2023 lo hace en tercera posición, consiguiendo a lo largo de todos estos años seis victorias, mostrándose siempre competitivamente por debajo de los pilotos del equipo Toyota.

En 2024 Neuville finalmente consiguió su primer título del Campeonato Mundial de Rallys. También consiguió el primer título del Campeonato de Pilotos para Hyundai después de más de una década en el WRC. Neuville comenzó la temporada con fuerza, ganando el Rally de Montecarlo y el Rally Acrópolis, y se mantuvo constante durante todo el año. A pesar de algunos infortunios, incluidos problemas mecánicos en el Rally de Japón, consiguió suficientes puntos para confirmar su victoria en el campeonato antes de la etapa final, convirtiéndose en el primer belga en ganar el título de pilotos del WRC.

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• Sitio web oficial (inglés)
• Ficha en WRC