En 2023 reemplazó ocasionalmente a Toto Wolff en su rol de director del equipo Mercedes.

Actualmente se encuentra en Ferrari bajo el rol de director adjunto del equipo.

Para el 2008, d'Ambrosio, compitió en tanto en la GP2 y como en la nueva GP2 Asia Series para el equipo DAMS, junto a Kamui Kobayashi.

Permaneció en el equipo para 2010, como parte de la cooperación entre DAMS y Renault F1, logrando su primera victoria en la categoría.

En la temporada 2015-16, d'Ambrosio siguió con el equipo Dragon, ahora al volante de un Spark-Venturi.

En las dos siguientes temporadas, el belga no terminó generalmente en zona de puntos, y finalizó en ambos campeonatos fuera del top 10.

[13]​ En la temporada 2018-19 consiguió su 3.ª victoria en el ePrix de Marrakech con el equipo indio Mahindra.

[14]​ En junio de 2013, D'Ambrosio contrajo matrimonio con Natalie Sifferman, pero se divorciaron dos años más tarde.