Nie zmieniło to jednak faktu, iż był to nieudany sezon dla Belga, który w klasyfikacji generalnej zajął dopiero 12. lokatę.
Formuła 1 2010: Renault thumb|250px|Jérôme d’Ambrosio podczas pierwszego treningu do Grand Prix Japonii 2010 W sezonie 2010 był kierowcą testowym w zespole Renault F1.
20 września 2010, zespół Virgin Racing ogłosił podpisanie kontraktu z d’Ambrosio, który miał brać udział w piątkowych treningach. Brał udział w sesjach treningowych przed Grand Prix Singapuru, Japonii, Korei Południowej, oraz Brazylii.
2011: Virgin left|thumb|250px|Jérôme d’Ambrosio podczas przedsezonowych testów nowych bolidów na Sezon 2011 Od sezonu 2011 został kierowcą Marussia Virgin Racing. Jego zespołowym partnerem został Niemiec Timo Glock.
27 marca 2011, do wyścigu Grand Prix Australii inaugurującym sezon 2011 startował z 22 pozycji, którą uzyskał poprzedniego dnia w kwalifikacjach. Linię mety przekroczył na 14. miejscu, tracąc w stosunku do lidera cztery okrążenia.
Do wyścigu o Grand Prix Malezji rozegranym 10 kwietnia, startował z 22 miejsca startowego. Na 42 okrążeniu uderzył w krawężnik w wyniku czego wyłączeniu uległ silnik bolidu, a zawodnik nie ukończył wyścigu.