A Pirelli és a motorsport sikeres együttműködése már a cég első éveiben elkezdődött. A 19. század végén Giovanbattista Pirelli ugyan már fejlesztett Pirelli abroncsokat motorversenyzőknek, de az igazi kezdet a híres 1907-es Peking-Párizs maraton volt, amin Scipione Borghese herceg Italával győzedelmeskedett.

Az évszázados győzelem óta a Pirelli aktív résztvevője az autóversenyeknek világszerte. Az 1920-as években egy másik hírneves milánói céggel kezdtek együttműködésbe, és az Antonio Ascari, Giuseppe Campari és a világ első, 1925-ös Formula 1-es világbajnoka, Gastone Brilli Peri által kormányzott fantasztikus Alfa P2-vel uralták az akkori Grand Prix versenyeket. A Pirelli ezután közúti versenyeken is bizonyított, számtalanszor lett Mille Miglia-győztes az Alfa Romeóval, de más márkákkal, például az OM és a Lancia modelljeivel is kiemelkedő eredményeket értek el.

A siker a II. világháborút követő időszakban sem váratott sokáig magára, hiszen az Alfa Romeóval és a Ferrarival közösen számos nagy versenyt nyert meg a Pirelli – a régóta fennálló és folyamatos partnerségbe a sorozatgyártású modellek is bekerültek, az akkori Párizsi Autószalonokon is látható volt, hogy az összes Alfa Romeo modellen Pirelli gumik feszültek –, majd az akkor még új márkának számító, de folyamatosan izgalmas kihívásokra vállalkozó Maseratival is diadalmaskodott a Pirelli.
 
1950-es évek: négy F1-es világbajnoki cím az Alfa Romeóval és a Ferrarival

Az Alfa Romeo 158-assal és 159-essel a Pirelli 1950-ben és ‘51-ben megszerezte első két F1 világbajnoki címét, a torinói Nino Farinának és Juan-Manuel Fangiónak köszönhetően. Ezt a nyerő szériát a következő két évben folytatták a négyhengeres Ferrari 500-assal és Alberto Ascarival, aki 1952-ben (hat futamon hat győzelemmel) és 1953-ban is begyűjtötte a világbajnoki címet.

1954-ben Pirelli gumikat szereltek a Le Mans-i 24 órás versenyt Trintignant és Gonzales vezetésével megnyerő Ferrari 375 MM Plusra. A Pirelli ezután számos versenyen megjelent ultra nagyteljesítményű abroncsaival. Ezek között ott volt a Carrera Panamericana, a Mille Miglia, a Grand Prix versenyek, és a még nagyobb tűrőképességet kívánó, nagy presztízsű hosszútávú összecsapások, mint a Sebringi 12 órás futam, amit 1957-ben egy Maserati 450S-sel nyert meg Behra Fangio.

1957 abból a szempontból is különleges volt, hogy a Pirelli először tartott hosszabb szünetet a Formula 1-ben. Az átmeneti pihenőt Stirling Moss Vanwal autójával elért monzai győzelmével kezdték meg.
 
Rali: Pirelli-sikerek változó útfelületeken

A következő évtizedben a Pirelli a ralipályákon is bemutatkozott, és gyorsan eldőlt, hogy ebben a mindenhol jelen levő kategóriában szeretnének vezető szerepet játszani. A megjelenés óta eltelt több mint harminc évben a Pirelli folyamatos résztvevője volt a Rali-világbajnokságnak, és nem kevesebb, mint száznegyven diadalt tudhat magáénak, kezdve a Fiat Abarth 124-essel (Warmbold-Todt) megnyert 1973-as Lengyel Ralival, egészen a Subaru Impreza WRC-vel diadalmaskodó 2005-ös Brit Raliig (Solberg-Mills).

Az említésre méltó sikerek közé tartozik Markku Alen hihetetlen győzelme az 1984-es Korzika Ralin, ahol a finn hátsókerék-hajtású Lancia Rally 037-esével sokkal fejlettebb és erősebb négykerék-hajtású versenyautókat hagyott maga mögött. További emlékezetes pillanatok; Sandro Munari mesterhármasa Lancia Stratosszal a Monte-Carlo Ralin 1975 és 1977 között; Stig Blomqvist 83-as győzelme San Remóban és a Pirelli századik raligyőzelme, amit a Burns-Reid kettős ért el Subaru Impreza WRC-vel (1997).

Két későbbi, olasz versenyzők által elért világbajnoki eredményt is érdemes itt megjegyezni: Franco Cunico egy Ford Escort Cosworth-tal nyert San Remóban 1993-ban; Piero Liatti pedig elsőként tudott egy Subaru Impreza WRC-ben kiemelkedő eredményt elérni világbajnoki futamon – az autó természetesen Pirelli P Zero gumikkal volt felszerelve.
 
1980-as évek: A Pirelli egy sor különféle bajnokságban győzedelmeskedik
Mindeközben, a Lanciával elért hosszútávú sikereket követően (világbajnoki cím 1980-ban és 1981-ben), a Pirelli a Formula 1 és Formula 2 világába is visszatért. Abban az időben a Pirelli P7 Radial volt a legfejlettebbnek számító versenygumi.

Ezzel az abronccsal Eddie Cheever Osella-BMW-je az egész mezőnyt leiskolázta az F2 Európa-bajnokság első silverstone-i futamán. A következő évben, miután a Tolemannel megnyerték az Európa-bajnokságot, a Pirelli felkészült a Formula 1-be történő visszatérésére. Ennek következtében az Osella, az Arrows, a Fittipaldi a Minardi és olyan neves csapatok, mint a Lotus, a Brabham és a Benetton is a Pirelli F1 gumikat választották. Huszonnyolc évvel Moss után a Brabham-csapat szállította az első győzelmet a Francia-nagydíjon 1985-ben Nelson Piquet vezetésével, és 1986-ban a Benetton is megismételte a diadalt Gerhard Bergerrel a volán mögött A Pirelli eddigi utolsó F1-es győzelme is a Benettonhoz és Piquet-hez köthető, aki 1991-ben a Kanadai nagydíjon első helyen futott célba. 
 
Napjainkban is számos helyen győzedelmeskedik a Pirelli

A rali mellett a Pirelli egyre többet koncentrál a prototípus és GT-autók küzdelmeire. Az első kategóriában a Pirelli-abroncsok kulcsszerepet játszottak az Oldsmobile és a Ferrari olyan jelentős hosszútávú versenyeken elért győzelmeiben, mint a Daytona-i 24 órás futam, vagy az 1990-es évek közepén elért Imsa-bajnoki címek.

A Pirelli erőfeszítései a GT-versenyeken sem maradtak viszonzatlanul. 2005-ben és 2006-ban a Pirelli P Zero abroncsok győzelmek és bajnoki címek egész listáját gyűjtötték be, mint például a Le Mans Endurance Series 2005-ös megnyerése az Italia-BMS Ferrari 550 Maranellójának köszönhetően, amit 2006-ban az AutoOrlando Sport Porsche 996 GT3-RSR-je is megismételt.


Ugyanekkor a Fia-GT-bajnokság GT1-es osztályában a Maserati MC12 szállította a Pirellinek a 2005-ös és 2006-os csapatbajnoki kategóriagyőzelmet, és, ami még ennél is figyelemreméltóbb, a Bertolini-Bartels páros versenyzők bajnokságában diadalmaskodott. A Ferrari 430 GTC-vel a GT2 osztályban is győztes lett a Pirelli, a csapatbajnoki címet az AF Corse csapat, az egyéni bajnoki titulust az olasz csapat ásza, Jaime Melo gyűjtötte be. Az Amerikában is kipróbált Pirelli P Zero Racing gumik az Amerikai Le Mans szériában versenyző Aston Marting DBR9-eseken is képesek voltak nyerni; elhódították az Imsa-kupát, és lehetővé tették, hogy az Aston Martin elsőszámú pilótáját, Stéphane Sarrazint 2006 legjobb újoncává válasszák.

A Pirelli P Zero Racing abroncsokat exkluzív megállapodás alapján szállítják a Ferrari Challenge olaszországi, európai és észak-amerikai eseményeire, Brazíliában a Trofeo Maseratin, és a GT4 nemzetközi bajnokság futamain ugyancsak Pirelli abroncsok szerepelnek – ami mind azt jelzi, hogy a Pirelli kulcspozícióba került a GT-versenyek világában is.