Los Alfetta volvieron a la carga cuando en 1950 se organizó el primer Campeonato Mundial. El equipo Alfa formado por Farina, Fagioli y el argentino Juan Manuel Fangio (el equipo de las tres F) dominó la temporada como nunca se había hecho. De nuevo los números son categóricos, de las seis carreras puntuables (exceptuando Indianápolis) los Alfa Romeo ganaron las seis, obtuvieron las seis vueltas rápidas y las seis poles, un triplete y dos dobletes. Además participaron en otras cinco carreras en las cuales Fangio venció en tres ocasiones (San Remo, Naciones y Pescara) y Farina en las otras dos (Bari y BRDC). Al final el título se lo llevó el italiano Giuseppe Farina.

El campeonato de 1951 no fue tan arrollador a pesar de que el nuevo Alfetta 159 superaba en prestaciones al 158 (400 CV) pero su mayor peso y sobre todo la aparición del veloz Ferrari 375 (con motor de 12 cilindros en V y 4500 cc diseñado por Aurelio Lampredi) acabó con la imbatibilidad de los Alfa Romeo. Tras las victorias de Fangio (Suiza y Francia) y Farina (Bélgica) en el G.P. de Gran Bretaña en Silverstone, el piloto argentino José Froilán González colocaba su Ferrari 375 por delante del Alfetta de su compatriota Fangio. Las posteriores victorias del Ferrari de Ascari en Alemania e Italia dejaban la resolución del campeonato para la última carrera en España en el circuito de Pedralbes. La mala elección de neumáticos de Ascari y la buena organización del equipo Alfa dio al final la victoria a Fangio que salvó en última instancia el honor de la marca. 4 victorias, 7 vueltas rápidas, 4 poles y 3 victorias no puntuables fue el balance de una buena temporada que puso broche de oro a la participación de los Alfetta en la Fórmula 1. El fracaso de las gestiones para recibir una subvención del gobierno italiano y sobre todo la amenaza real de los Ferrari y los nuevos BRM convenció a la dirección de Alfa a retirar sus monoplazas de la competición.

Durante la década de 1960, aunque la compañía no tenía presencia oficial en la máxima categoría del automovilismo, varios equipos de Fórmula 1 usaron motores Alfa Romeo desarrollados independientemente para impulsar sus autos.

Tuvieron que pasar 19 años para que Alfa Romeo, dedicada en esos momentos a la competición de Sport-Prototipos, volviera tímidamente a la F1. Autodelta, la sección deportiva de Alfa Romeo, preparó en 1970 unos motores V8 de 3000 cc para el piloto de la marca, Andrea de Adamich. La escudería McLaren se encargó de realizar los chasis (M7D y M14D) e inscribió un tercer monoplaza en el campeonato. De las 10 carreras en las que participó Adamich solo consiguió entrar en la parrilla en 5 ocasiones y su mejor resultado fue un 8.º puesto en Italia. Al año siguiente se repitió el intento esta vez con el equipo March Engineering, que preparó unos chasis 711 para Adamich, y para Nanni Galli (incluso en una ocasión Ronnie Peterson piloto oficial de March participó con motor Autodelta). El equipo March, que pretendía obtener con esta colaboración un motor que no tuviera que comprar, no salió muy convencido de los resultados de la alianza con Autodelta ya que solo se obtuvo un exiguo 11.º puesto (Adamich) y dos 12.º (Galli), sobre todo comparados con el 2.º puesto en el campeonato conseguido por Peterson con el March-Cosworth 711.

Más serio fue el proyecto que en 1976 que unió a la empresa de Bernie Ecclestone (Motor Racing Developments) que gestionaba la escudería Brabham con Autodelta dirigida esta vez por Carlo Chiti. Alfa Romeo presentó un voluminoso y problemático motor de 12 cilindros plano para los Brabham BT45 de Carlos Reutemann y Carlos Pace sin demasiados buenos resultados (dos 4.º para Pace y otro 4.º para Reutemann). El BT45 Alfa Romeo comenzó bien la temporada de 1977 con un 2.º puesto para Pace en Argentina y un 6.º con vuelta rápida para John Watson en Sudáfrica. La muerte de Pace trastocó el desarrollo del nuevo BT45B y hasta mitad de temporada no se obtuvieron de nuevo buenos resultados, un 2.º de Watson en Francia y vuelta rápida en Austria y dos terceros de Hans Stuck en Alemania y Austria, además de la pole de Watson en Mónaco. El campeonato terminó con 11.º de Stuck en la clasificación final.

En 1978 el equipo Brabham-Alfa Romeo se preparó para el asalto al Campeonato del Mundo. Se fichó al campeón del año anterior el austríaco Niki Lauda al que acompañaba Watson. Gordon Murray se encargó el diseño del BT46 y del polémico BT46B con ventilador que pronto se destacó como un excelente monoplaza. Lauda consiguió vencer en Suecia e Italia, tres 2.º y dos 3.º, además obtuvo 2 poles y 4 vueltas rápidas, y con 44 puntos se encaramó al 4.º puesto de la clasificación final. Watson con un 2.º y dos 3.º obtuvo una meritoria 6.º plaza, y la escudería fue 3.ª en el campeonato de constructores por detrás de los invencibles Lotus 79 con efecto suelo de Andretti y Peterson, y de los Ferrari de Reutemann y Villeneuve.

Para 1979 Por instigación de Murray, Alfa produjo un nuevo motor V12 más estrecho en solo tres meses para la temporada de 1979, pero resultó poco confiable e ineficiente de combustible. Las esperanzas puestas en el equipo se desvanecieron en la temporada siguiente sobre todo por las constantes tiranteces entre Brabham y Autodelta. Lauda solo obtuvo un magro 4.º puesto en Italia al igual que su nuevo compañero el brasileño Nelson Piquet en Países Bajos. La temporada acabó en divorcio y Autodelta formó una escudería nueva compitiendo con el Alfa Romeo 177 con chasis y motor Alfa Romeo y patrocinio de Marlboro. Este coche compitió en 3 oportunidades y se presentó en ocasiones con los pilotos italianos Bruno Giacomelli y Vittorio Brambilla. En la misma temporada Bruno estreno un coche nuevo denominado Alfa Romeo 179. En 1982, Euroracing tomó los roles de operar el equipo y diseñar el automóvil. La mejor temporada del equipo fue en 1983 cuando el equipo estrenó el nuevo motor V8 turbo denominado como el 890T reemplazando el motor V12 y logró el 6.º lugar en el campeonato de constructores, en gran parte gracias a dos segundos puestos para Andrea de Cesaris. Alfa Romeo retiró el equipo al finalizar 1985, después de una desastrosa temporada en la que no consiguieron sumar puntos. La marca continuó participando como proveedora de motores hasta 1987.

Alfa Romeo retornó al campeonato mundial bajo el nombre de Alfa Romeo Racing en 2019, al renombrar el equipo Sauber F1 Team.​

Por respeto a Sauber y por continuar como socio de la estructura, los monoplazas de Alfa Romeo llevarán la «C» dentro de su denominación, característica que mantenía la marca. Además, la escudería mantuvo la nacionalidad suiza.

En su primer Gran Premio, Kimi Räikkönen terminó octavo, sumando los primeros puntos de la escudería, de la mano del Alfa Romeo C38, en casi 35 años.​

El mejor resultado del equipo lo consiguieron en el Gran Premio de Brasil, en el que estuvo cerca la posibilidad de retornar al podio. En esa oportunidad, Kimi Räikkönen finalizó en la cuarta posición y Antonio Giovinazzi en quinto puesto.

En la temporada 2020, el equipo fue nuevamente octavo, pero con una importante caída de rendimiento. Sumó solo ocho puntos (cuatro de cada piloto).​

Pese a los malos resultados, y conscientes de los problemas del coche, no de los pilotos, el equipo decidió seguir con Giovinazzi y Räikkönen para la temporada siguiente.​ De todas formas, fue una decisión un tanto sorprendente, pues por entonces se decía que Giovinazzi sería reemplazado por Mick Schumacher, que finalmente acabó en Haas F1 Team.

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En esta temporada, Alfa Romeo se vio superado por el equipo Williams, por lo que terminaron en el noveno puesto del campeonato de constructores con 13 puntos. Räikkönen sumó 10 puntos, con dos octavos lugares que fueron los mejores resultados de la temporada, mientras que Giovinazzi solo pudo cosechar 3 puntos. . Robert Kubica debutó con el equipo en dos carreras, en las que no puntuó, debido a que Räikkönen dio positivo en Covid-19, por lo que no pudo competir.

Para la temporada 2022, el equipo renovó su plantilla de pilotos. Valtteri Bottas y Guanyu Zhou fueron sus nuevos pilotos.​ Por otro lado, Räikkönen se retiró de la categoría,​ y Giovinazzi pasó a la Fórmula E.​

En la primera carrera en Baréin, Bottas finalizó en un gran sexto puesto, posición que no alcanzaba el equipo desde el Gran Premio de Brasil de 2019, mientras que Zhou consiguió una décima posición, otorgándole sus primeros puntos en la F1 y de un piloto chino por primera vez en la historia de la competición.

Las carreras seguirían con la misma tónica, Bottas se metería en los puntos constantemente, mientas que Zhou se estancaba en la media tabla. El mejor resultado del equipo llegaría en el GP de Emilia-Romaña, donde el piloto finlandés terminó en la quinta posición, muy cerca de la cuarta que obstentó George Russell, mientras que el mejor resultado conjunto se produjo en Canadá. Allí Valtteri finalizó séptimo y su compañero octavo tras una penalización a Fernando Alonso.

Sin embargo, Alfa Romeo tuvo una caída muy considerable en rendimiento, ya que, después de la carrera en Canadá, estuvieron seis carreras consecutivas sin poder puntuar, hasta que Guanyu pudo ubicarse en la décima posición en el GP de Italia. Su compañero de equipo tuvo una racha nefasta al estar diez carreras sin cosechar puntos, hasta que en México, por fin pudo puntuar. Cabe resaltar que Zhou consiguió la vuelta rápida en el GP de Japón, aunque no puntuó tras quedar decimosexto en aquella carrera.

Tras la carrera en México, Valtteri logró ser noveno en Brasil y conseguir los últimos puntos del equipo en el campeonato, donde Bottas logró una gran cantidad con 49 unidades, la mayor desde que la marca italiana regresase en 2019. Por su parte, Guanyu Zhou solo consiguió 6 puntos. A pesar de la pésima mitad de temporada, el gran inicio de Valtteri hizo que el equipo mantuviese la sexta posición en el mundial de constructores con 55 puntos, los mismos que Aston Martin, pero desempatados por el quinto lugar del expiloto de Mercedes en Imola.