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La carrière de Jérôme d'Ambrosio l'a mené à piloter des monoplaces et des voitures sport, toujours dans l'objectif ultime d'obtenir un volant en Formule 1. Après trois saisons passées chez DAMS en GP2, le Belge fera ses débuts dans la catégorie reine aux commandes d'une Virgin en 2011.

Adolescent, il remportait le championnat du monde de karting 2002. L'année suivante, chez lui, d'Ambrosio décrochait le titre de la Formula Renault Series. Promu en Formula Renault, il se battait pour des podiums autant dans la série française qu'italienne, en plus de participer à certaines manches du championnat Euroseries. Après avoir disputé quelques courses en FIA GT et dans la série GT belge, d'Ambrosio revenait aux monoplaces en Formula Masters et se méritait le titre 2007.

Les portes de la GP2 Asia Series s'ouvraient alors à lui ; derrière Kamui Kobayashi, d'Ambrosio était vice-champion. Une saison 2008 complète au sein du GP2 européen, où la compétition est plus féroce, le voyait monter sur le podium à deux reprises (Valence et Spa-Francorchamps).

2009 semblait prometteur avec trois podiums en quatre courses, mais une perte d'élan et cinq abandons l'ont vu tomber à la 9e place du classement. En 2010, d'Ambrosio gagnait la course sprint à Monaco, mais une autre série d'abandons le voyait chuter à la 12e place.

Toutefois, le soutien financier offert par ses managers chez Gravity Sport (détenue par Genii Capital, actionnaire majoritaire de Renault F1, où d'Ambrosio était pilote de réserve) lui ont permis de participer aux essais libres du vendredi lors des quatre dernières courses du championnat F1 2010, bien installé dans le cockpit d'une Virgin.

Fin décembre, Virgin confirmait d'Ambrosio comme pilote titulaire en 2011. Régulier en course mais moins performant que son équipier allemand Timo Glock en qualification, le Belge perd son baquet pour la saison 2012 au profit du rookie français Charles Pic.

Pilote d'essais pour le compte de l'écurie Lotus F1 Team en 2012, D'Ambrosio devrait vraisemblablement rempiler pour 2013 au même poste.