Bourdais ha corrido con frecuencia las famosas 24 Horas de Le Mans. Entró por primera vez en 1999, con 20 años. Condujo un Porsche 911 GT2 de Larbre Competition. Volvió en 2000, terminando cuarto con Emmanuel Clerico y Olivier Grouillard para el equipo Pescarolo, detrás de los tres Audi dominantes.
Sus tres siguientes participaciones no fueron tan buenas. En 2001 su coche se retiró tras 271 vueltas. Al año siguiente, terminó noveno en la clase LMP900. Se perdió la carrera de 2003 y volvió en 2004, pero su coche se retiró después de 282 vueltas.
La siguiente carrera de Bourdais en Le Mans llegaría en 2007. Condujo un Peugeot 908 de fábrica. El coche que compartía con Stéphane Sarrazin y Pedro Lamy terminó la carrera en segunda posición. En 2009 volvió a pilotar para el equipo de fábrica de Peugeot. Terminó en segundo lugar, a una vuelta del Peugeot ganador. En 2010, Bourdais iba a conducir el Peugeot nº 3 que ganó la pole. Un fallo en la suspensión detuvo el coche antes de que Bourdais pudiera dar una vuelta en la carrera.
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