Hartley formó parte de la academia junior de Red Bull y probó la maquinaria de Fórmula 1, más recientemente con Mercedes en 2012, antes de pasar al Campeonato Mundial de Resistencia.
Fue coronado campeón del WEC en 2015 y actualmente lidera la clasificación de 2017, habiendo obtenido la victoria general en las 24 Horas de Le Mans este año.
Hartley entrará en el STR12 desocupado por Gasly, quien hizo su debut en la Fórmula 1 en Malasia, antes de permanecer en el auto en Japón, junto a Carlos Sainz Jr.
Toro Rosso inicialmente confirmó que Gasly y Daniil Kvyat formarían la alineación del equipo en Austin, pero Gasly, en su lugar, competirá en el final de la Súper Fórmula, en el cual tiene una oportunidad de llevarse el título.
Con Sainz Jr. mudándose a Renault, y Gasly no disponible debido a su compromiso de Súper Fórmula, Toro Rosso ha reclutado a Hartley para hacer su arco de Fórmula 1.
"Qué sensación increíble", dijo Hartley.
"Esta oportunidad fue una sorpresa, pero nunca renuncié a mi ambición y mi sueño de alcanzar la F1.
"He crecido y he aprendido mucho desde los tiempos en que fui el conductor de reserva de Red Bull y Toro Rosso, y los años difíciles que atravesé me hicieron más fuerte e incluso más decidido.
"Quiero agradecer enormemente a Red Bull por hacer que esto sea una realidad, ya Porsche por haberme permitido hacer esto junto al Campeonato Mundial de Resistencia.
"COTA es una pista que realmente disfruto y en la que he corrido recientemente.
"Estoy tratando de no poner demasiadas expectativas en mi debut en F1, pero me siento preparado para ello".