Redan från den första dagen var Team Penskes bägge ordinarie förare Hélio Castroneves och Ryan Briscoe duon att besegra, ett intryck som bara förstärktes sedan Castroneves tagit sin tredje pole position i tävlingen (tidigare 2003 och 2007). Scott Dixon var förhandsfavorit efter att ha vunnit tävlingen 2008 och det senaste racet i IndyCar, men kvalade inte in högre än på femte plats. Den första kvaldagens överraskning var att Graham Rahal tog sig in bland Penske och Ganassiförarna med en fjärdeplats, samt att Mário Moraes kvalade in till tävlingen redan under den första dagen, genom en sjundeplats.
Under det andra kvalpasset var Raphael Matos snabbast, vilket gjorde att han fick en del tips som outsider inför tävlingsdagen. Dan Wheldon tog sig till slut in i startfältet, efter att ha kraschat dagen innan. Att han körde tidigt gjorde dock att han inte kom högre än på 18:e plats totalt. Den andra helgen bokade in de 11 sista platserna på startgriden, och det mest noterbara var att Conquest Racing ersatte Bruno Junqueira med Alex Tagliani, efter att Tagliani blivit utkvalad.
Under tävlingsdagen kom femteplacerade Dixon att snabbt avancera, och låg i tandem med sin stallkamrat Dario Franchitti under loppets första halva. Dixon kom att leda flest varv, men misstag i depån från Ganassi gjorde att varken han eller Franchitti kom att vinna tävlingen, och en obalans i ett däck Briscoe fick på efter ett depåstopp gjorde honom utan chans att ta hand om segern.
Det gjorde att Castroneves kunde återta ledningen, trots en mindre lyckad period av racet, och sedan dra ifrån Dan Wheldon för att ta sin tredje seger i tävlingen, efter två raka 2001 och 2002. Segern var extra emotionell i och med att Castroneves blivit frikänd från skattefiffel bara en dryg månad innan tävlingen. Han trodde att han skulle mötas med burop, men blev istället bejublad av de 300 000 fansen, och Castroneves föll i tårar när han steg ur bilen.
Danica Patrick blev den första kvinnan att ta en pallplats i Indy 500, genom att sluta trea, utan att egentligen ha figurerat i toppen under tävlingen. Castroneves övertog mästerskapsledningen i och med segern, då varken Franchitti, Dixon eller Briscoe blev bland de fem första. Alex Tagliani blev vid 37 års ålder årets rookie genom en elfte plats.