Trước Chiến tranh thế giới thứ hai, bên cạnh các quy định cho ô tô chuyên dùng trong các giải Grand Prix còn có một loại khung xe rẻ tiền hơn gọi là voiturettes (xe con), cho phép có động cơ lắp máy nén đến 1.500 cm³.

Dưới áp lực của hai đội Grand Prix của Đức, Mercedes-Benz và Auto Union, hai đội mà không được sự đồng tình ở nước ngoài cả về chính trị lẫn về thể thao, nên vào cuối thập niên 1930 đã có những cố gắng hủy bỏ những quy định thời bấy giờ và đưa các voiturettes trở thành hạng Grand Prix. Ngoài việc khả năng cạnh tranh của các nhà sản xuất Anh, Pháp và Ý được cải thiện rõ rệt, các đổi mới về an toàn cũng được nêu lên làm lý do cho việc thay đổi các quy định. Vì thế giải Grand Prix ở Tripoli (Libya) năm 1939 được tổ chức cho các voiturettes, nhưng mặc dù vậy Mercedes-Benz đã đoạt giải một cách bất ngờ với một chiếc ô tô được chế tạo mới đặc biệt cho mục đích này.

Ngay sau chiến tranh các xe đua voiturettes vẫn được chế tạo, đặc biệt là bởi Alfa Romeo, nên Liên đoàn Ô tô Quốc tế (FIA) đã điều chỉnh lại các quy định dành cho các xe đua Grand Prix có hiệu lực từ năm 1947: trong hạng từ đó được gọi là Formula 1 cho phép các động cơ lắp máy nén (supercharged engine) có dung tích đến 1.500 cm³ và động cơ hút (atmospheric engine) đến 4.500 cm³. Thêm vào đó Formula 2 được định nghĩa cho loại động cơ hút có dung tích đến 2.000 cm³.

Các cuộc đua xe riêng lẻ cho giải Grand Prix được tổ chức theo các quy định này, loạt đua hay giải vô địch châu Âu như trước chiến tranh không còn nữa. Nhưng khi Liên đoàn Mô tô Quốc tế (Fédération Internationale de Motocyclisme - FIM) tổ chức giải vô địch thế giới vào năm 1949, FIA phản ứng bằng giải vô địch thế giới trong năm 1950. Cuộc đua xe đầu tiên của giải vô địch thế giới mới diễn ra vào ngày 13 tháng 5 năm 1950 ở Silverstone (Anh).

Để củng cố cho yêu cầu tự đưa ra là một giải vô địch thế giới mặc dù gần như chỉ có châu Âu tham dự, trong thời gian từ 1950 đến 1960 cuộc đua 500 dặm ở Indianapolis (Hoa Kỳ) đã được cho điểm của giải vô địch thế giới mặc dầu thi theo các quy định hoàn toàn khác.

Trong 2 năm đầu tiên xe Alfetta trang bị động cơ có máy nén của Alfa Romeo, xe có nhiều điểm tương tự như các thiết kế trước chiến tranh, tiếp tục chiếm ưu thế. Tuy vậy cuối năm 1951 Alfa Romeo rút lui ra khỏi môn thể thao đua xe này sau hai thập niên đạt được nhiều thành tích. Vì chỉ còn có Ferrari, lãnh đạo đua xe của Alfa, là có khả năng thiết kế các loại xe đua F1 có thể cạnh tranh nên giải vô địch thế giới các năm 1952 và 1953 tạm thời được tổ chức cho loại xe F2 ít tốn kém hơn hơn. Mặc dù vậy Ferrari vẫn chiếm ưu thế trong các năm này và đều đoạt giải với Alberto Ascari.

Năm 1954 quy định mới ít tốn kém hơn (F1 với động cơ hút đến 2.500 cm³ hay động cơ có máy nén đến 750 cm³, F2 đến 1.500 cm³) ra đời, vì thế nhiều hãng xe trong đó có Mercedes quyết định lại tiếp tục tham dự.

Từ 1961 đến 1965 các quy định cũ dùng cho F2 trở thành F1 làm cho các đội nhỏ của Anh đang chiếm ưu thế giận dữ vì họ không tự chế tạo động cơ được. Porsche đã chế tạo xe cho F2 đạt được nhiều thành tích từ nhiều năm nên việc đi lên F1 trở nên gần gũi. Thế nhưng chiếc động cơ 4 xy lanh có nguồn gốc từ Volkswagen không thể cạnh tranh được. Khung xe kiểu 718 cũng quá nặng nề so với các đối thủ. Với kiểu 804 mới có động cơ 8 xy lanh Porsche chiến thắng duy nhất một lần ở giải vô địch thế giới tại Rouen (Pháp) năm 1962 với Dan Gurney. Cuối mùa đua xe năm đó Porsche rút lui khỏi hạng F1 do tốn kém và do không sản xuất hằng loạt được và lại tập trung vào sản xuất ô tô thể thao vốn là lĩnh vực của họ.

Vì xe thể thao và ngay cả một số xe được sản xuất hằng loạt vào thời gian này có công suất lớn hơn cả loại gọi là cao nhất này nên vào năm 1966 các quy định lại được thay đổi bằng cách nâng gấp đôi dung tích xy lanh (3.000 cm³ cho động cơ hút, 1.500 cm³ cho động cơ có máy nén).

Động cơ Repco tương đối đơn giản chiếm ưu thế trong hai năm đầu tiên của hạng 3 lít vì sau khi quy định thay đổi trong thời gian ngắn không có động cơ nào thích hợp. Ngay cả Ferrari cũng phải mang một động cơ xe đua thể thao nhỏ cùng với một thiết kế sai lầm ra đường đua. BRM chồng hai động cơ 8 xy lanh lên thành một chiếc H16 và được gọi là "quái vật", Maserati khởi động lại một động cơ V12 từ thời đại 2.500 cm³ của thập niên 1950. Các động cơ được khoan thêm thành khoảng 2 lít của Coventry-Climax đã qua thử thách vẫn tiếp tục giành chiến thắng. Thế nhưng công ty này không muốn đầu tư vào phát triển một động cơ 3 lít nên rút lui khỏi F1.

Trong những năm từ 1968 đến 1982 động cơ được bán tự do V8-DFV Cosworth của Ford chiếm ưu thế trong F1 vì nhiều đội với động cơ này và cùng với 12 người lái xe đã giật giải vô địch thế giới trong tổng cộng 155 cuộc đua. Ferrari đoạt giải một lần với chiếc V12 có công suất mạnh hơn một ít, BRM với chiếc V12 chiến thắng một vài lần.

Bắt đầu từ năm 1977 Renault đưa động cơ turbo vào F1 và chiến thắng lần đầu với động cơ này vào năm 1979. Cho đến năm 1982 các động cơ hút tiết kiệm hơn, tin cậy hơn, ít tốn kém hơn và dễ lái hơn vẫn tiếp tục nắm giữ ưu thế mặc dù có công suất nhỏ hơn ngày càng thấy rõ. Bắt đầu từ năm 1983 các động cơ turbo có công suất mạnh hơn cuối cùng cũng chiếm ưu thế, trong các vòng chạy thử đã có thể tạo công suất cao hơn 1.000 mã lực rất nhiều trong khoản thời gian ngắn và vì thế đẩy lùi các lái xe động cơ hút xuống phần phía sau của đội hình khởi hành.

Các động cơ Cosworth đã qua thử thách với khoản 500 mã lực sau đó được sử dụng trong Formula 3000, hạng đua thay thế Formula 2 với các động cơ đua 2.000 cm³.

Chiếc xe đua mạnh nhất từ trước đến nay trong Công thức 1 là chiếc Benetton-BMW năm 1986 với 1.350 mã lực được điều khiển bởi tay đua người Áo Gerhard Berger, chiếm giải Grand Prix của México trong cùng năm. Sau đó Berger tường thuật lại là "chiếc ô tô này gần như không thể chạy được vì mạnh quá", tức là phải hết sức cực nhọc mới điều khiển được chiếc xe.

Bắt đầu từ năm 1989 các động cơ turbo bị cấm và chỉ còn cho phép các động cơ hút đến 3.500 cm³ (để phân biệt với F3000 với dung tích là 3.000 cm³), được sử dụng trong các loại V8, V10, V12 và ngay cả cho W12. Renault giới thiệu bộ điều khiển van bằng khí nén thay thế các lò xo thép cho phép tăng vòng quay nhanh 12.000 vòng/phút đang thông dụng cho đến thời điểm đó.

Sau mùa đua xe năm 1994, vì có nhiều tai nạn, dung tích được giảm xuống còn 3.000 cm³, công suất giảm từ khoảng 750 xuống còn 650 mã lực.

Từ năm 1996 Ferrari thay V12 nặng và tốn nhiều nhiên liệu bằng loại V10 mà cùng với loại này Michael Schumacher đã chiến thắng được 3 cuộc đua. Ngay từ năm 1997 người ta đã đạt lại được công suất 750 mã lực bằng cách tăng vòng quay nhanh hơn 17.000 vòng/phút.

Từ mùa đua xe 2005 các xe phải qua được hai cuối tuần đua mà không phải thay thế để giảm phí tổn và kiềm chế việc tăng công suất (hiện nay vào khoản 900 mã lực ở 19.000 vòng/phút).