Kamui Kobayashi teki debyyttinsä Toyota Racingille vuoden 2009 Brasilian Grand Prix -kilpailussa sen jälkeen, kun Timo Glock loukkaantui. Hänet valittiin kauden viimeiseen kilpailuun Abu Dhabissa, jossa hän sai pisteet. Tämä johti siihen, että Sauber-tiimi nappasi hänet seuraavien kolmen kauden ajan, jossa hän pääsi jatkuvasti pisteiden pisteisiin ja teki nimensä aggressiivisena keskikokoisena kilpailijana. Hänet palkittiin ponnisteluistaan palkkaluokalla vuoden 2012 Japanin Grand Prix -kilpailussa, samoin kuin kolme muuta palkkaluokkaa tiimikaverilleen Sergio Pérezille. Siitä huolimatta hän jäi ilman ajokorttia kaudella 2013. Vuonna 2014 hän allekirjoitti sopimuksen Caterham F1:n kanssa ja kamppaili väistämättä taloudellisesti heikomman joukkueen kanssa. Hänet korvattiin André Lottererillä tapahtumassa Belgiassa, ja hän jäi pois kierroksista Yhdysvalloissa ja Brasiliassa joukkueen taloudellisten ongelmien vuoksi. Kobayashin (ja Caterhamin)
Viimeinen kisa päättyi vetäytymiseen.