Seri Formula Satu berakar pada seri grand prix motor Eropa pada sekitar 1920-an dan 1930-an. Sejumlah organisasi balap grand prix membuat sejumlah aturan untuk kejuaraan dunia sebelum Perang Dunia II. Dengan alasan penundaan karena perang, kejuaraan dunia pembalap tidak diformalkan sampai 1947 dan berlangsung untuk pertama kalinya pada 1950. Kejuaraan dunia konstruktor kemudian menyusul pada 1958. Balapan Formula Satu tanpa gelar diselenggarakan bertahun-tahun, tetapi dikarenakan membengkaknya biaya kompetisi mengakibatkan kompetisi ini berakhir pada awal 1980-an.
Awal kompetisi
Gelar juara dunia Formula Satu pertama kali dimenangkan oleh pembalap Italia Giuseppe Farina dengan mobilnya Alfa Romeo tahun 1950, dengan mengalahkan rekan setimnya, pembalap Argentina Juan Manuel Fangio. Akan tetapi, Fangio memenangkan gelar juara dunia pada tahun 1951 dan empat kali pada enam tahun berikutnya. Fangio kemudian menjadi legenda yang mendominasi tahun-tahun pertama kompetisi Formula Satu.
Juara dunia dari Britania Raya yang pertama adalah Mike Hawthorn, yang mengendarai Ferrari memenangkan gelar juara pada 1958. Kemudian Colin Chapman memasuki kompetisi F1 sebagai perancang mobil dan kemudian menjadi pendiri Lotus, British racing green datang untuk mendominasi kompetisi pada beberapa dekade berikutnya. Jim Clark, Jackie Stewart, Jack Brabham, Graham Hill, dan Denny Hulme adalah sederetan nama pembalap dari tim Inggris dan negara-negara persemakmuran yang memenangkan dua belas gelar juara dunia antara tahun 1962 hingga 1973.
Tahun 1962, Lotus memperkenalkan mobil dengan rangka aluminium yang dikenal dengan istilah monocoque yang menggantikan rangka tubular tradisional. Penemuan ini kemudian menjadi langkah kemajuan teknologi besar sejak penemuan mobil mid-engines. Tahun 1968 adalah tahun pertama kalinya olahraga ini memakai sponsor yaitu dimulai dengan Lotus yang mengecat "Imperial Tobacco" di mobilnya.
Aerodinamika gaya tekan kebawah (downforce) secara perlahan memainkan peranan penting dalam perancangan mobil, dimulai dengan munculnya aerofoil tahun 1960-an. Akhir tahun 1970, Lotus memperkenalkan aerodinamika efek tanah (ground effect) yang menghasilkan gaya tekan yang bagus sehingga meningkatkan kecepatan di tikungan (konsep ini pernah diujicoba sebelumnya oleh Jim Hall dengan tim IndyCar-nya pada tahun 1960-an.
Tahun 1981 dikenal sebagai awal dari adanya Concorde Agreement, sebuah kontrak yang mengikat tim-tim untuk berkompetisi sampai masa berakhirnya kontrak. Kontrak itu juga berisi tentang pembagian sama rata atas keuntungan yang didapat dari hasil penjualan hak televisi. Merupakan tanda berakhirnya Perang FISA-FOCA. Concorde Agreement yang kedua ditandatangani pada 1992 dan yang ketiga pada 1997 dimana akan berakhir pada akhir 2007.
Tim F1 Renault memperkenalkan mesin turbocharged pada tahun 1977 yang dapat menghasilkan lebih dari 700 bhp. Pada tahun-tahun berikutnya, khususnya 1987, mobil-mobil Formula Satu dapat menghasilkan lebih dari 1.000 bhp. FIA kemudian memberlakukan aturan kapasitas tanki bahan bakar pada 1984 dan kemudian melarang mesin turbocharged tahun 1989 untuk membatasi kecepatan mobil yang semakin meningkat.
Awal 1990 ditandai dengan diperkenalkannya alat bantu elektronik seperti power steering, traction control dan gearbox semi otomatis. FIA, dikarenakan banyaknya komplain mengenai hasil balapan yang lebih ditentukan oleh teknologi dibandingkan keahlian pembalap, melarang beberapa alat bantu tersebut pada 1994. Walaupun demikian banyak pengamat berpendapat bahwa larangan atas alat bantu pembalap tersebut tidak berarti sama sekali karena FIA tidak mempunyai teknologi atau metode untuk menghilangkan fitur-fitur tersebut dari kompetisi.
Tim McLaren dan Williams mendominasi balapan 1980-an dan 1990-an. Honda dan McLaren mendominasi banyak pada 1980-an, sementara tim Williams yang diperkuat mesin Renault memenangi beberapa gelar juara dunia pertengahan 1990-an. McLaren kemudian kembali pada akhir 1990-an. Pertarungan antara legenda Senna dan Prost menjadi pusat perhatian pada musim 1988 dan berlanjut sampai akhir 1993 dimana Prost menyatakan untuk pensiun. Ayrton Senna secara tragis tewas pada tabrakan di Grand Prix F1 San Marino 1994. Sejak itu banyak langkah diambil FIA untuk meningkatkan standar keamanan. Tidak ada pembalap yang tewas di balapan sejak saat itu.
Pembalap dari McLaren, Williams, Renault (dulunya bernama Benetton) dan Ferarri merupakan empat tim teratas yang memenangi gelar juara dunia dari 1984 sampai saat ini. Karena kemajuan teknologi sejak 1990-an, biaya kompetisi Formula Satu juga meningkat. Kedua hal ini mengakibatkan tim-tim lainnya mengalami kesulitan tidak hanya untuk bertahan dalam kompetisi namun untuk bertahan dalam bisnis. Masalah keuangan mengakibatkan beberapa tim untuk mundur. Sejak 1990, 28 tim telah mundur dari kompetisi Formula Satu. Salah satunya yang terjadi akhir-akhir ini adalah mundurnya tim Jordan.
Banyak rekor telah dipecahkan pada kompetisi di abad ke-21, khususnya di tangan Michael Schumacher, Fernando Alonso, Lewis Hamilton, dan Sebastian Vettel. Awal tahun 2000 merupakan tahun dominasi Michael Schumacher dan tim Ferarri. Pada tahun 2001, Schumacher memecahkan rekor untuk kemenangan terbanyak; rekor sebelumnya dipegang oleh Alain Prost, dengan 51 kemenangan. Pada tahun 2002, Schumacher mencatat rekor klaim juara paling awal dengan menjuarai Grand Prix F1 Perancis 2002 pada bulan Juli tahun itu. Tahun 2003, Schumacher mengklaim gelar juara dunianya yang ke-6, mengalahkan pemegang rekor sebelumnya Juan Manuel Fangio yang memegang gelar juara dunia lima kali. Rekornya sekarang adalah 7 gelar juara dunia. Tahun 2008 Sebastian Vettel menjadi pembalap termuda yang menempati posisi pertama (pole position) saat memimpin babak kualifikasi pada Grand Prix F1 Italia 2008, dan pada besoknya ia menjadi juara balapan termuda dalam sejarah.
Walaupun dominasi Ferrari yang kuat, Kimi Räikkönen yang mengendarai McLaren mempunyai kesempatan besar untuk memenangi gelar juara dunia pada seri 2003. Juan Pablo Montoya yang mengendarai Williams juga memiliki kesempatan besar tahun 2003. Dominasi kuat Ferrari mencapai titik baliknya pada 25 September 2005, ketika Fernando Alonso memenangkan gelar juara dunia seri 2005 dengan finish pada tempat ke-3 di Grand Prix F1 Brasil 2005 dan juga memecahkan rekor juara dunia termuda menggantikan pemegang rekor sebelumnya Emerson Fittipaldi dari Brasil. Michael Schumacher sebelumnya memegang gelar juara dunia selama lebih dari 1.800 hari. Rekor ini kemudian dipecahkan Lewis Hamilton di musim 2008 dan dipecahkan lagi oleh Sebastian Vettel di musim 2010.
Beberapa seri balapan di abad ke-21 juga mempunyai beberapa kontroversial dan skandal. Pada seri Australia tahun 2002, Rubens Barrichello, rekan setim Schumacher di Ferrari yang sedang memimpin diperintahkan untuk membiarkan Schumacher untuk mengambil alih pimpinan lomba. FIA kemudian merespon dengan melarang team order di peraturan yang baru. Pada Grand Prix F1 Amerika Serikat 2005 di sirkuit Indianapolis, kompetisi hanya diikuti tiga tim dari keseluruhan 10 tim ketika pabrikan ban Michelin menginformasikan bahwa ban buatannya tidak cukup aman untuk digunakan dalam lomba, sehingga menyebabkan semua tim yang menggunakan bannya untuk tidak mengikuti lomba. Hal tersebut dikarenakan FIA menolak untuk mengganti peraturan mengenai ban.
Tahun 2005 menandakan berakhirnya era mesin 10 silinder yang digunakan selama lebih dari dua dekade. Mesin baru bersilinder 8 direncanakan untuk diperkenalkan pada awal musim kompetisi 2006
