Po odchodu od letectva Jack založil malou inženýrskou společnost a další rok začal závodit v Midget Cars. Postupně sbíral zkušenosti a podařilo se mu získat nějaké výhry v Austrálii i na Novém Zélandu. V roce 1955 se rozhodl zkusit štěstí v Británii a začal působit v garáži bratrů Cooperových v Surbitonu, kde svou technickou genialitou a mimořádnou řidičskou dovedností pomáhal rozvíjet jejich průkopnické Formule 1.
Debut v F1 zaznamenal během Velké ceny Británie v Aintree s vozem Cooper T40-Bristol, ale odstoupil kvůli problémům s motorem. Následující rok to bylo s Maserati 250F v podstatě stejné. Vše začalo vypadat lépe v roce 1957, kdy se v Monaku s Cooperem umístil šestý. První výhru si připsal v roce 1959 v Monaku a v sezoně přidal ještě první místo v Británii. Skvělé výkony Mosse s Cooperem a Brookse s Ferrari znamenaly, že se o titulu mezi těmito třemi rozhodovalo v posledním závodě sezony v USA na Sebringu. Stirling Moss i Tony Brooks ale brzy odstoupili, takže to měl Brabham lehčí, než se čekalo, ačkoli mu před koncem docházelo palivo. Nakonec dokázal auto dostat do cíle jako čtvrtý a získal svůj první titul. Brabham na nic nečekal a titul obhájil hned v další sezoně, když s Cooperem T53-Climax vyhrál v Holandsku, Belgii, Francii, Británii a Portugalsku.
Jack Brabham dlouho přemýšlel o konstrukci vlastních závodních aut. Na konci sezony 1961 odešel z Cooperu, aby se tomu mohl věnovat. Spojil síly se svým australským přítelem a designérem Ronem Tauranacem a rychle postavili první auto, které mělo premiéru při Velké ceně Německa na Nürburgringu 5. srpna 1962. Jack se s BT3-Climaxem kvalifikoval na 24. místě, ale v závodě se připletl do nehody a odstoupil. Ke konci sezony ale s autem získal dvě slušná čtvrtá místa v USA a Jižní Africe.
K týmu se pro sezonu 1963 připojil z Porsche Dan Gurney a skončil dvakrát druhý a jednou třetí. O rok později tento vysoký Američan získal týmu první vítězství ve Francii v Rouenu a další přidal v Mexiku; pak již tým s 1.5 litrovou formulí vyhrát nedokázal.
Pak ovšem přišel rok 1966, kdy byla maximální kapacita motoru v F1 poprvé zvýšena na 3 litry. Ačkoli některým týmům trvalo déle, než přišly se silnějšími auty, Brabhamův případ to rozhodně nebyl. Jack se dohodl se společností Repco, která mu 3 litrové motory vyrobila. A úspěch na sebe nenechal dlouho čekat. Jack se stal prvním člověkem, který vyhrál novodobou Velkou cenu s autem se svým jménem na kapotě: místo konání Remeš, auto Brabham BT19-Repco.
Týmu se dařilo dál a se svým novozélandským kolegou Denny Hulmem získali první dvě místa při britské VC v Brands Hatch. Pak přišel závod v Holandsku. Brabhamovi bylo už 40 let a již nějaký čas to schytával od tisku, že je na F1 příliš starý. Ironicky si nalepil falešný bílý plnovous, do ruky vzal hůl a belhal se na trať … a pak závod vyhrál! O pár týdnů později navíc dokázal vyhrát i v Německu a všem zavřel pusu úplně, když se na konci sezony stal prvním mistrem světa s autem vlastní výroby. Představení Brabhamu ovšem zdaleka nekončilo a na konci příští sezony slavil titul Denny Hulme.
Jack další rok investoval do nového motoru Repco 860 V8, ale byly s ním problémy – auto bylo tak špatné, že tým získal za celou sezonu jen deset bodů. Spolupráce s Repcem neklapala a Brabham pro příští sezonu přešel k Fordu DFW. Druhým jezdcem týmu byl nyní Jacky Ickx, který dokázal zvítězit v Německu a Kanadě. Na konci sezony mu patřilo druhé místo, stejně jako celému týmu v tabulce konstruktérů.
Brabhamovi bylo 44 let, když v Jižní Africe vyhrál s autem Brabham BT33-Ford svůj poslední závod ve F1. Na konci sezony se rozhodl ukončit kariéru, aby se mohl věnovat svým mnoha obchodním zájmům.
Jack Brabham byl v roce 1967 oceněn titulem OBE a v roce 1979 se stal prvním jezdcem moderní éry, kterému byl udělen rytířský titul za jeho přínos do automobilového závodění. Jeho odkazu dělali nebo dělají čest nejen jeho tři synové, ale i další generace rodiny. Zemřel ve svém domě v Gold Coast v Austrálii 19. května 2014 ve věku 88 let.
