Tambay estreou na Fórmula 1 pela equipe Surtees, atuando apenas no Grande Prêmio da França de 1977, sendo que as demais corridas da temporada ele atuou pela Theodore, pilotando um Ensign N177. Posteriormente ele correu pela McLaren entre 1978 e 1979. Regressou a formula 1 na equipe Theodore na temporada de 1981, marcando 1 ponto na prova inaugural do certame Gp do Leste dos Eua ficando lá até o Gp da Espanha (sétima etapa) e a partir do Gp da França migrou para a equipe Ligier. Em , foi lhe oferecido um lugar na Ferrari depois da morte do canadense Gilles Villeneuve. Ele venceu o Grande Prêmio da Alemanha daquele ano depois que Didier Pironi se acidentou. A sua segunda e última vitória foi em , no GP de San Marino em Imola, em um duelo muito emocionante com Riccardo Patrese da Brabham, que liderava e foi decidido faltando 7 voltas com Patrese não fezendo a curva "Acque Minerale". Com isso, Tambay venceu a corrida, e com o número 27, que era o número do carro de Gilles Villeneuve, diante da torcida italiana. Ele foi substituído na equipe em pelo piloto italiano Michele Alboreto. Tambay foi para a Renault ficando até em . Com o dissolvimento da equipe francesa que retornaria em , Tambay fechou com a equipe Haas Lola em . O piloto francês teve um acidente espetacular no Grande Prêmio de Mônaco. Na volta 67, na disputa da 8ª posição, Tambay vai tentar ultrapassar Martin Brundle da Tyrrell na descida da curva "Mirabeau", mas o piloto inglês não facilitou. O carro de Tambay toca no de Brundle. O Lola-Ford nº16 do piloto francês passa por cima do carro nº3 do disputante fazendo um loopping completo indo bater na área de proteção da pista. O piloto saiu do cockpit ileso, apesar do pavor da batida. Patrick Tambay marcou apenas 2 pontos no campeonato com o 5º lugar no Grande Prêmio da Áustria em Österreichring. A sua última corrida na categoria foi o Grande Prêmio da Austrália em Adelaide, o encerramento do mundial.