Vor dem Zweiten Weltkrieg gab es neben den Regeln für reinrassige Grand-Prix-Fahrzeuge auch einen kostengünstigeren Unterbau, die so genannten Voiturettes, bei denen mit Kompressoren aufgeladene Motoren mit bis zu 1500 cm³ erlaubt waren (im Gegensatz zum doppelten Hubraum der Grand-Prix-Boliden, der bis 1937 sogar unbegrenzt war).
Aufgrund der Dominanz der beiden deutschen Teams von Mercedes-Benz und Auto Union, die im Ausland sowohl politisch als auch sportlich nicht zufriedenstellend war, gab es Ende der 1930er-Jahre Bestrebungen, die bisherigen Regeln abzuschaffen und die Voiturettes zur Grand-Prix-Kategorie zu erheben. Neben der deutlich besseren Wettbewerbsfähigkeit der italienischen, französischen und britischen Hersteller konnte diese Änderung auch mit Sicherheitsverbesserungen begründet werden, da die damaligen Silberpfeile Leistungen erzielten, die in der Formel 1 erst wieder in den 1970er-Jahren üblich wurden. So wurde der Große Preis von Tripolis 1939 von den damals dort herrschenden Italienern für die Voiturettes ausgeschrieben, aber trotzdem überraschend von Mercedes-Benz mit einem eigens dafür neu entwickelten Fahrzeug gewonnen.
Direkt nach dem Krieg wurden insbesondere von Alfa Romeo weiterhin Voiturettes-Rennfahrzeuge gebaut, so dass der Automobil-Dachverband FIA das 1947 in Kraft tretende neue Regelwerk für Grand-Prix-Rennwagen entsprechend formulierte: in der nun Formel 1 genannten Kategorie waren Kompressor-aufgeladene Motoren mit bis zu 1500 cm³ erlaubt sowie Saugmotoren bis 4500 cm³. Zudem wurde auch eine Formel 2 definiert – mit Saugmotoren bis zu 2000 cm³.
Wie bisher üblich wurden einzelne Grand-Prix-Rennen nach diesen Regeln ausgetragen, eine Serie oder Europameisterschaft wie vor dem Krieg gab es nicht mehr oder noch nicht. Als der Motorrad-Dachverband FIM für das Jahr 1949 eine Weltmeisterschaft ausschrieb, reagierte die FIA mit der Ausschreibung einer Fahrer-WM für das Jahr 1950.
Siehe auch: Geschichte der Grands Prix vor 1950
Das erste zu der neuen Formel-1-Weltmeisterschaft zählende Rennen wurde am 13. Mai 1950 in Silverstone (England) als Großer Preis von Großbritannien ausgetragen.
Um den Anspruch auf eine Weltmeisterschaft zu untermauern, obwohl neben den regelmäßigen Rennen in Argentinien fast nur Grand Prix in Europa stattfanden, wurden in den Jahren von 1950 bis 1960 zudem für das 500-Meilen-Rennen in Indianapolis WM-Punkte vergeben, obwohl dort nach ganz anderen Regeln gefahren wurde. In diesen Jahren gab es zwar einige Versuche von Ferrari, dort wettbewerbsfähig zu sein, die jedoch allesamt an den sehr unterschiedlichen Voraussetzungen scheiterten. Außerdem gab es vereinzelte Versuche US-amerikanischer Piloten, mit ihren Champ-Car-Boliden in Monza zu bestehen, die jedoch ebenso misslangen.
In den ersten beiden Saisons 1950 und 1951 dominierten weiterhin die von Kompressor-Motoren angetriebenen Alfetta von Alfa Romeo. Diese Rennwagen waren Weiterentwicklungen der Vorkriegskonstruktionen und hatten noch große Ähnlichkeiten mit diesen Modellen. Die ersten Formel-1-Weltmeister waren die Alfa Romeo Fahrer Giuseppe Farina und Juan Manuel Fangio. Allerdings zog sich Alfa Romeo Ende 1951 nach zwei erfolgreichen Jahrzehnten von GP-Rennsport zurück. Da nur noch der ehemalige Alfa-Rennleiter Enzo Ferrari konkurrenzfähige F1-Rennautos an den Start bringen konnte, wurden übergangsweise die Fahrer-Weltmeisterschaften der Jahre 1952 und 1953 für die preiswerteren Formel-2-Fahrzeuge ausgeschrieben. Da Ferrari auch schon das Formel-2-Klassement in den beiden Vorjahren beherrscht hatte, gewann der Ferrari-Fahrer Alberto Ascari jeweils unangefochten die Weltmeisterschaft.
Im Jahr 1954 traten neue, kostengünstigere Regeln (F1 mit Saugmotoren bis zu 2500 cm³ oder aufgeladenen Motoren bis 750 cm³, F2 bis 1500 cm³) in Kraft, worauf sich u. a. Mercedes mit dem Mercedes-Benz W196 zum Wiedereinstieg entschloss.
In den Jahren 1954 bis 1957 wurde die Weltmeisterschaft jeweils von Juan Manuel Fangio gewonnen, der diesen Titel 1954 und 1955 für Mercedes-Benz, 1956 für Ferrari und 1957 für Maserati gewann. 1958 folgte der Ferrari Pilot Mike Hawthorn und 1959 sowie 1960 der für Cooper startende Jack Brabham.
Bis 1957 war es erlaubt, während des Rennens einen Fahrerwechsel vorzunehmen. Die Punkte für den erreichten Platz wurden dann unter den beteiligten Fahrern aufgeteilt. Das führte dazu, dass in Rennen ausgeschiedene Fahrer, die in der WM aussichtsreich platziert waren, die Wagen ihrer noch im Rennen befindlichen Teamkollegen übernahmen, um so doch noch WM-Punkte zu ergattern.
Von 1961 bis 1965 wurden die ehemaligen Formel-2-Regeln zum F1-Standard erhoben, zum Ärger der inzwischen dominierenden kleinen britischen Teams wie Vanwall, Cooper, Lotus und BRM, die (außer BRM) keine eigenen Motoren bauen konnten und auf Coventry-Climax angewiesen waren. Wieder war Ferrari mit einem vorhandenen Formel 2 erfolgreich zur Stelle. Da Porsche bereits seit einigen Jahren auch F2-Rennfahrzeuge baute, lag nun der Aufstieg in die Formel 1 nahe. Doch der bisher verwendete Vierzylinder, der noch vom Volkswagen abstammte, war 1961 nicht konkurrenzfähig. Auch das Chassis vom Typ Porsche 718 war im Vergleich zu den schlanken Autos der Konkurrenz zu plump. Mit dem neuen und eleganten Modell Porsche 804 mit Achtzylinder-Triebwerk gelang Dan Gurney 1962 endlich ein Sieg in einem WM-Lauf, dem GP des Automobilclubs von Frankreich in Rouen-les-Essarts. In der Woche darauf, beim nicht zur WM zählenden Formel-1-Rennen auf der Stuttgarter Solitude, konnte der Amerikaner den Erfolg der Schwaben vor heimischem Publikum wiederholen. Am Saisonende zog sich Porsche jedoch aufgrund der hohen Kosten und der nicht gegebenen Seriennähe aus der Formel 1 zurück und konzentrierte sich wieder auf die angestammte Sportwagen-Szene.
Da Rennsportwagen und selbst einige Serienfahrzeuge zu dieser Zeit über mehr Leistung als die so genannte Königsklasse mit ihren nur 220 PS leistenden und fragilen 1500er-Achtzylindern verfügten, wurden für 1966 die Regeln wieder geändert – und zwar gleich durch Verdopplung der Hubräume (3000 cm³ für Saugmotoren, 1500 cm³ für aufgeladene Triebwerke).
In der ersten Hälfte der 1960er-Jahre wechselten sich mehrere Fahrer beim Fahrerweltmeistertitel ab: zunächst gewann der US-Amerikaner Phil Hill, gefolgt von dem Briten Graham Hill, dem Schotten Jim Clark und dem Briten John Surtees. 1965 konnte erneut Jim Clark die WM für sich entscheiden. Die zweite Hälfte des Jahrzehnts brachte dem Australier Jack Brabham, dem Neuseeländer Denis Hulme, ein weiteres Mal dem Briten Graham Hill und zuletzt dem Schotten Jackie Stewart den Weltmeistertitel.
Nach der kurzfristigen Regeländerung standen wiederum keine geeigneten Motoren zu Verfügung, und selbst Ferrari brachte mit einem verkleinerten Sportwagen-Motor eine zu schwere und zu schwache Fehlkonstruktion an den Start. BRM stapelte gar zwei Achtzylinder übereinander, zu einem H16 genannten Ungetüm; Maserati reaktivierte einen V12 aus der 2500-cm³-Ära der 1950er-Jahre. Siege errangen meist Fahrer mit dem relativ simplen Repco-Motor, der in den ersten beiden Jahren der Dreiliter-Formel dominierte, und die bewährten, nun auf etwa zwei Liter aufgebohrten Motoren von Coventry-Climax, die u. a. im Lotus 33 zum Einsatz kamen.
Coventry-Climax wollte jedoch nicht in die Neuentwicklung von Dreiliter-Motoren investieren und zog sich zurück. Deren bisherige Rolle, einen siegfähigen Motor anzubieten, übernahm ab 1967 Cosworth mit dem zunächst für eine Saison exklusiv im revolutionären Lotus 49 eingesetzten, ab 1968 dann frei verkäuflichen Ford-DFV-V8-Motor, der als bisher erfolgreichster Formel-1-Motor Rennsportgeschichte schreiben sollte.
Nachdem Porsche bereits 1947 mit dem CIS 360 einen Formel-1-Wagen mit Allradantrieb gebaut hatte, begannen in den 1960ern auch einige britische Rennställe mit F1-Allrad-Boliden zu experimentieren. Der P99 von Ferguson Research war 1961 das erste einsatzfähige Fahrzeug dieser Spezies, während der BRM P67 von 1964 nur ein einmaliges Trainingsgastspiel gab. Im Jahr 1969 testeten insgesamt vier Teams (Lotus, Matra, McLaren und selbst Motorenbauer Cosworth) Allrad-Monopostos ohne nennenswerte Erfolge in der Formel 1 und einzig Colin Chapman (Lotus) wagte 1971 noch einmal einen Versuch mit einem weiteren Allradwagen. Weitere Infos dazu: Allradantrieb im Autosport.
In den Jahren 1970 bis 1982 dominierte der schon 1967 im Lotus 49 auf Anhieb erfolgreiche Cosworth-Motor die Formel 1, da mehrere Teams mit diesem kompakten und zuverlässigen Triebwerk insgesamt 155 Rennen sowie 12 Fahrer-WM-Titel gewinnen konnten. Nur Ferrari konnte mit einem etwas leistungsstärkeren 180°-V12 auch 3 WM-Titel erringen; Maserati, Weslake, Honda, BRM und Brabham-Alfa Romeo mit ihren V12 zudem auch einige wenige Einzelsiege.
Der erste Weltmeistertitel der 1970er-Jahre ging posthum an Jochen Rindt, der beim Training zum Großen Preis von Italien in Monza am 5. September 1970 tödlich verunglückte. Bei den nächsten Titeln in den Jahren 1971 bis 1974 wechselten sich der Schotte Jackie Stewart und der Brasilianer Emerson Fittipaldi ab. Die zweite Hälfte der 1970er-Jahre wurde vom Ferrari-Team dominiert, das in den Jahren 1975 bis 1977 und 1979 jeweils den Konstrukteurstitel für sich entscheiden konnte. 1975 und 1977 gewann der Österreicher Niki Lauda die WM. 1976 siegte der Brite James Hunt, 1978 der US-Amerikaner Mario Andretti und 1979 der Südafrikaner Jody Scheckter.
In den 1970er-Jahren kam das Aus für lange historische Strecken wie den Nürburgring mit einer Streckenlänge von 22,835 km und Spa-Francorchamps mit 14,12 km, die aus Sicherheitsgesichtspunkten (Streckenbreite, Sturzräume usw.) den steigenden Standards nicht mehr genügten. Hinzu kam, dass durch die hohe Streckenlänge die Dauer des Eintreffens von Rettungs- und Ambulanzwagen zu Unfällen inakzeptabel war. Der Wechsel vom Nürburgring zum Hockenheimring war für 1977 schon vor dem schweren Unfall von Niki Lauda beschlossen worden, auch wenn bis auf den heutigen Tag noch immer gerne das Gegenteil kolportiert wird.
Tyrrell-Ford P34 mit 6 Rädern
Ende der 1970er- bzw. Anfang der 1980er-Jahre kam es zu technischen Revolutionen. Nach dem WM-Gewinn von Mario Andretti im Lotus 79 dominierten die so genannten Ground-Effect-Rennwagen, bei denen durch Seitenkästen mit umgekehrtem Flügelprofil sowie einem durch bewegliche Seitenschürzen seitlich abgedichteten Wagenboden ein starker Abtrieb erzeugt wurde und dadurch wesentlich höhere Kurvengeschwindigkeiten möglich wurden. Zum Teil bizarre Konstruktionen wie der so genannte "Staubsauger"-Brabham, mit dem Niki Lauda beim Rennen im schwedischen Anderstorp 1978 einmalig antreten und gewinnen konnte, der sechsrädrige P34 von Tyrrell für Jody Scheckter und Patrick Depailler in der Saison 1976 und 1977 oder der Doppelboden-Lotus waren übertriebene Auslegungen des Regelwerks und wurden alsbald verboten bzw. nicht zugelassen.
Ab 1977 führte Renault Turbo-Motoren ein, mit denen 1979 der erste Sieg gelang. Noch im Jahre 1982 behielten die leichter zu fahrenden, kostengünstigeren, zuverlässigeren und sparsameren Saugmotoren in der Endabrechnung die Überhand, trotz immer deutlicheren Leistungsdefizits.
Ab 1983 dominierten endgültig die leistungsstärkeren Turbos, die im Training kurzfristig weit über 1.000 PS freisetzen konnten und somit die Sauger-Piloten in den hinteren Teil der Startaufstellung verdrängten. Exorbitante Leistungsangaben sind dabei mit Vorsicht zu genießen, da kaum ein Prüfstand für die Messung derart hoher Motorleistungen ausgelegt war. Die Höchstgeschwindigkeiten waren jedenfalls nicht so groß, wie sie bei doppelter oder dreifacher Motorleistung zu erwarten wären. Die Spitzenleistung wurde bald durch Ladedruckbegrenzung gesenkt, im Rennen musste zusätzlich auf den Verbrauch geachtet werden, da die Tankgrößen begrenzt bzw. verringert wurden.
McLaren T.A.G. Porsche, ein Beispiel der Turbo-Ära, 1985
Die bewährten Cosworth-Aggregate mit ca. 500 PS wurden daraufhin in der Formel 3000 weiterverwendet, die die damalige Formel 2 mit ihren Rennmotoren (2.000 cm³, 320 PS) ablöste.
Als einer der stärksten Rennwagen der F1-Geschichte galt 1986 der Benetton-BMW mit geschätzten 1.350 PS im Training, der vom Österreicher Gerhard Berger gefahren wurde. Damit gewann er im selben Jahr den Großen Preis von Mexiko, allerdings mit deutlich geringerer Dauerleistung. Später berichtete Berger, dass dieses Auto „vor lauter Kraft kaum noch laufen konnte“.
Ab 1989 wurden die aufwändigen Turbos verboten und nur noch Sauger bis 3.500 cm³ erlaubt (zur Unterscheidung von der F3000 mit 3.000 cm³ Hubraum), die in den Bauformen V8, V10, V12 und sogar W12 eingesetzt wurden. Von Renault wurde die pneumatische Ventilfederung eingeführt, bei der ein Hochdruck-Luftreservoir die bisherigen Stahlfedern ersetzte und – da das Problem der Resonanzkatastrophe bei Schraubenfedern umgangen werden konnte – eine deutliche Steigerung der Drehzahlen über die bis dahin üblichen 12.000 U/min hinaus erlaubte.
Die erfolgreichsten Fahrer der 1980er-Jahre waren der Brasilianer Nelson Piquet mit drei WM-Titeln in den Jahren 1981, 1983 und 1987 sowie der Franzose Alain Prost mit ebenfalls drei Titeln 1985, 1986 und 1989. Die weiteren Formel-1-Weltmeistertitel gingen an den Australier Alan Jones, den Finnen Keke Rosberg, den Österreicher Niki Lauda und den Brasilianer Ayrton Senna. Die Titel des Konstrukteursweltmeisters teilten sich Williams mit vier Titeln in den Jahren 1980, 1981, 1986, 1987, McLaren mit ebenfalls vier Titeln 1984, 1985, 1988, 1989 und Ferrari mit zwei Titeln in den Saisons 1982 und 1983.
Der Beginn der 1990er-Jahre war geprägt von elektronischen Entwicklungen wie aktiven Fahrwerken, Traktionskontrollen und ABS, wobei Williams-Renault die beste Technik hatte. Diese Fahrhilfen wurden zur Saison 1994 verboten.
Nach der von zwei tödlichen Unfällen überschatteten Saison 1994 wurde der Hubraum ab 1995 wieder auf 3.000 cm³ reduziert, die Leistung sank von ca. 750 auf 650 PS.
1996 wechselte auch Ferrari vom traditionellen, aber schweren und durstigen V12 auf den vorherrschenden V10, womit der neue Pilot Michael Schumacher drei Rennen gewinnen konnte. Schon 1997 hatte man wieder das alte Leistungsniveau von ca. 750 PS erreicht, die Drehzahlen stiegen auf mehr als 17.000 U/min.
In den 1990er-Jahren gewannen je zweimal der Brasilianer Ayrton Senna, der Deutsche Michael Schumacher und der Finne Mika Häkkinen sowie je einmal der Brite Nigel Mansell, der Franzose Alain Prost, der Brite Damon Hill und der Kanadier Jacques Villeneuve die Fahrerwertung.
Ab der Saison 2005 mussten die Aggregate, bei denen die Zylinderzahl zunächst auf V10, ab 2006 dann auf V8 inzwischen vorgeschrieben wurde, zwei Rennwochenenden (bis zu 1.200 km) ohne Wechsel durchhalten, um Kosten zu senken und die weitere Leistungssteigerung (ca. 900 PS bei 19.000 U/min) zu bremsen. Zum Ende der Saison 2005 hatten die besten Teams nach Ermittlungen eines unabhängigen Motoreningenieurs jedoch bereits wieder rund 925 PS bei 19.800 U/min erzielt. Ein Schlupfloch im Reglement, das es den Teams ermöglichte, in der Schlussrunde durch eine vermeintliche Aufgabe doch zum nächsten Rennen einen neuen Motor einzubauen, wurde nach dem ersten Saisonrennen durch Konkretisieren der Regel geschlossen.
Die Saison 2007 wurde von der Spionage-Affäre überschattet.
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