Legnagyobb sikerét még 2002-ben, 17 évesen aratta, amikor megnyerte a gokart-világbajnokságot. Ekkoriban hatalmas tehetségnek tartották, hiszen a következő évben Belgium Formula-Renault bajnoka lett, majd a nemzetközi szériában is dobogós helyekkel mutatkozott be. Érdekesség, hogy hosszú ideig egymás mellett egyengette formaautós és sportautós karrierét is: szerepelt az FIA GT sorozatban, belga sportautóversenyeken is sikert sikerre halmozott, sőt arra is volt energiája, hogy 2007-ben a Formula Masters sorozat bajnoka legyen, meggyőző fölénnyel.

A következő lépcsőfok a GP2 sorozat ázsiai bajnoksága volt, ahol összesítésben második lett, egy bizonyos Kamui Kobajasi mögött. A nemzetközi GP2-es bajnokságban azonban elkerülték a sikerek: bár tavaly nyert Monacóban, és 2009-ben remekül kezdte az évadot (három dobogó az első négy versenyen) egyszer sem tudott harcba szállni a bajnoki címért, ráadásul tavaly év közepén az ülését is elveszítette, helyére Romain Grosjean került.

D’Ambrosio menedzselését a luxemburgi székhelyű Genii Capital cég látja el, amely nem mellékesen a Renault F1-es csapatát is tulajdonolja. Nem utolsósorban a cég hathatós támogatásának (és pénzének köszönhetően) jutott tavaly pénteki tesztlehetőséghez, idén pedig versenyzői üléshez a Virginnél.

D’Ambrosio nagyon is erős versenyző típusnak mondható: eddigi pályafutása során szinte mindig előrébb tudott végezni a versenyen annál a pozíciónál, amit a kvalifikáción megszerzett.

Amikor egy interjú során a mottójáról kérdezték, a belga fiú James Deant idézte: „Álmodd azt, hogy örökké élsz, és élj úgy, mintha holnap meghalnál.”