Kariero v formuli 1 je začel leta 1978, ko je vozil za McLaren, vmes tudi odšel iz formule 1 in se preizkusil v severnoameriških dirkaških serijah, vrnil pa se je leta 1981. Naslednje leto je postal voznik Ferrarija, a je imel njegov podpis pogodbe tudi tragično ozadje: v italijanski ekipi je namreč po smrtni nesreči v Belgiji nadomestil svojega prijatelja Gillesa Villeneuva.

Patrick Tambay je v karieri dosegel dve zmagi, obe s Ferrarijem. V ekipi iz Maranella so zapisali, da je bil Tambay "eden pravih zvezdnikov osemdesetih". Eno od teh zmag je leta 1983 dosegel na Ferrarijevem domačem terenu v Imoli.

Skupno je nastopil na 123 dirkah, poleg dveh zmag je bil še petkrat najboljši v kvalifikacijah, v seštevku sezone pa je najvišje, do četrtega mesta, prišel leta 1983.

Po koncu kariere v elitnem tekmovanju se je preizkusil še na nekaterih drugih področjih dirkanja, bil je četrti na vzdržljivostni dirki v Le Mansu leta 1989, na reliju Pariz–Dakar pa je bil dvakrat uvrščen med prvo trojico.