Für die Formel-1-Weltmeisterschaft 2013 verhandelte Bianchi zunächst mit Force India über ein Stammcockpit und führte Testfahrten für den Rennstall durch. Force India gab jedoch Adrian Sutil den Vorzug. Kurz darauf erhielt Bianchi bei Marussia ein Formel-1-Cockpit für die Saison 2013. Bianchi war der dritte Pilot, der von Marussia für dieses Cockpit bestätigt wurde. Zunächst besaßen Timo Glock und Luiz Razia einen Vertrag für das Cockpit. Mit beiden Fahrern wurden die Verträge aber aufgrund finanzieller Schwierigkeiten des Rennstalls aufgelöst. Bei seinem Debüt in Australien war er im Training teilweise bis zu eine Sekunde schneller als sein Teamkollege Max Chilton. Im Rennen kam er auf dem 15. Platz ins Ziel. Seine beste Platzierung erzielte Bianchi beim zweiten Saisonrennen, dem Großen Preis von Malaysia. Dort erreichte er das Ziel auf dem 13. Platz. Bianchi beendete seine Debütsaison auf dem 19. Gesamtrang. Er war der beste Pilot, der keine Punkte erzielt hatte.