Kamui Kobayashi debuterede ved Grand Prix i Brasilien 2009 for Toyota Racing efter en opblussen af en skade for fast køreren Timo Glock. Han blev fastholdt til sæsonens sidste løb i Abu Dhabi og scorede en points-finish. Dette førte til, at Sauber-holdet snappede ham op for de næste 3 sæsoner, hvor han konsekvent sluttede i point-scoring positioner og gjorde sit navn som en aggressiv mid-pack racer. Han blev belønnet for sine bestræbelser med en podium ved det japanske Grand Prix i 2012, sammen med 3 andre podiumfinisher for holdkammeraten Sergio Pérez. På trods af dette, blev han efterladt uden en kørsel for 2013 sæsonen. I 2014 blev han signeret til backmarker Caterham F1 sammen med debutanten Marcus Ericsson - og kæmpede uundgåeligt med det økonomisk underlegne hold. Han blev erstattet med André Lotterer til begivenheden i Belgien, og sad ud af runderne i USA og Brasilien på grund af holdets økonomiske problemer. Kobayashis (og Caterhams) sidste løb
Det endte med pensionering.