Sie schlug eine Laufbahn im Motorsport ein. Nach ihren Anfängen im Kartsport wechselte sie in die Formel Renault und dann in die Formel 3, bevor sie für Mercedes-Benz in der Deutschen Tourenwagen-Meisterschaft (DTM) antrat. Im Jahr 2012 wurde sie von Williams als Entwicklungsfahrerin in der Formel 1 verpflichtet und schrieb beim Großen Preis von Großbritannien 2014 in Silverstone Geschichte, als sie als erste Frau seit 22 Jahren an einem Formel-1-Rennwochenende teilnahm. Am 4. November 2015 gab Wolff ihren Rücktritt vom Motorsport bekannt. Ihr letztes Rennen war das Race of Champions Ende November.