Kamui Kobayashi membuat debutnya di Grand Prix Brasil 2009 untuk Toyota Racing setelah mengalami cedera pada pembalap reguler Timo Glock. Dia dipertahankan untuk balapan terakhir musim di Abu Dhabi dan mencetak poin akhir. Hal ini menyebabkan tim Sauber mengambilnya untuk 3 musim berikutnya, di mana ia secara konsisten finis di posisi mencetak poin dan membuat namanya sebagai pembalap mid-pack yang agresif. Dia dihargai atas usahanya dengan podium di Grand Prix Jepang 2012
, bersama dengan 3 podium lainnya untuk rekan setimnya Sergio Pérez. Meskipun demikian, ia ditinggalkan tanpa drive untuk musim 2013. Pada tahun 2014 ia menandatangani kontrak dengan Caterham F1 bersama debutnya Marcus Ericsson - dan pasti berjuang dengan tim yang lebih rendah secara finansial. Dia digantikan dengan André Lotterer untuk acara di Belgia, dan duduk keluar putaran di Amerika Serikat dan Brasil karena masalah keuangan tim. Balapan terakhir Kobayashi (dan Caterham) berakhir dengan pensiun.