2017 yılında Formula Espor Dünya Şampiyonası’na katılan Cem Bölükbaşı dünya beşinciliğini elde etti ve Formula 1 şampiyonu Fernando Alonso’nun Simracing takımına seçilen ilk sürücü oldu.  2018’de yine F1 Esports’a katılan 70 bin kişi arasından en iyi 20 yarışçıdan biri olarak, ProDraft seçmelerinde dünya birincisi oldu, Redbull Toro Rosso Formula 1 ekibine katıldı ve takımı ile dünya ikincisi olma başarısını gösterdi.

Bölükbaşı gerçek pistlere ilk defa GT4 Avrupa Serisi 2019 şampiyonasında çıktı. Borusan Otomotiv Motorsport’un (BOM) genç yetenekler projesi kapsamında seçtiği pilot olarak turnuvanın iki ayağında yarışan sürücü, Misano pistinde kariyerinin sadece ikinci gerçek pist yarışında, PRO-AM kategorisinde yarışı ikinci bitirerek ilk podyum heyecanını yaşadı. 

Ekim 2019’da kariyerinin ilk Formula yarışını, Formula Renault Eurocup’ın Hockenheim pistinde M2 Competition takımı ile tamamlayan Bölükbaşı, ilk tek koltuklu araç yarışındaki performansıyla otoritelerin ve motorsporları tutkunlarının dikkatini çekti. Formula Renault yarışında gerçek piste çıkmayı başaran dünyadaki ilk sim pilotu oldu. 

GT4 Avrupa Serisi 2020 şampiyonasında BOM takımı ile ilk tam sezonunu yarışan sporcu, sezonu Pro-AM klasmanında ikincilik podyumunda tamamlamayı başardı. 

Bölükbaşı, 2020 yılında ilk kez düzenlenen Formula Renault Esport Series’de ise toplam sekiz yarışta simülasyondaki gücünü göstererek Dünya Şampiyonu oldu. 

Cem Bölükbaşı, Şubat 2021’de düzenlenen Formula 3 Asya Serisi’nde en iyi 3. çaylak oldu ve ilk defa tam sezon yarıştığı Formula turnuvasını 9. sırada bitirerek adını en başarılı 10 pilottan biri arasına yazdırdı. 

Cem Bölükbaşı, Mayıs 2021’de Avusturya, Red Bull Ring pistinde gerçekleşen kariyerinin ilk 4 saatlik Le Mans Avrupa Şampiyonası’nda ise, Eurointernational takımıyla LMP3 sınıfında en iyi ikinci takım olma gururu yaşadı.

Genç yarış pilotu, Macaristan Hungaroring, İtalya Imola, Avusturya Red Bull, İtalya Monza ve Barcelona Catalunya yarışları sonrasında toplam 217 puanla Euroformula Open pilotlar sıralamasında 5. sıraya yükseldi. Bölükbaşı, sonradan dahil olduğu Euroformula Open serisinde katıldığı toplam 15 yarışın 8’inde podyuma çıkmayı başarırken, iki yarışı da birincilikle tamamladı.

Nisan 2021’de İtalya, Autodromo Nazionale Monza pistinde yapılan GT4 European Series’te PRO-AM kategorisinde yarıştı ve takımı ile yarışı ikinci tamamlayarak podyuma çıkan Bölükbaşı, 2021 sezonu boyunca Borusan Otomotiv Motorsport takımıyla GT4 European Series yarışlarına devam edecek.