Vittorio Brambilla n'a pas connu la réussite escomptée en Formule 1, même s'il a connu quelques succès.

Il commence sa carrière dans les sports mécaniques sur deux roues en 1957 et remporte le titre italien dans la catégorie 175 cm³ l'année suivante. Il se met ensuite au karting et devient également le mécanicien de son frère Ernesto, qui court en Formule 2.

En 1969, il retourne derrière un volant, celui d'une Formule 3 Birel de l'écurie Picchio Rosso, avec laquelle il remporte les épreuves de Vallelunga et de Monza. L'année suivante, son écurie lui permet de courir en Formule 2 sur une Brabham-Ford et il termine deuxième des courses de Salzbourg et de Munich. En 1971, il continue de courir en F2 et participe au championnat italien de F3, qu'il remporte à Monza et à Imola. L'année suivante, il remporte enfin le titre italien de Formule 3 avec quatre victoires au cours de l'année. En 1973, il dispose d'une March-Ford de l'écurie Beta Racing et montre enfin tout son talent en remportant les épreuves de Salzbourg et d'Albi, deux victoires qui couronnent une belle saison. Pour récompenser ses bons et loyaux services, Beta décide d'aider celui qu'on surnomme le « Gorille de Monza » à obtenir un volant en Formule 1 chez March pour 1974.

En F1 avec March

A 36 ans, Vittorio fait ses débuts en Formule 1 lors de la troisième manche du championnat, en Afrique du Sud, sur le circuit de Kyalami. Au volant de la March 741, il se qualifie en dix-neuvième position et termine la course à une honorable dixième place, à deux tours du vainqueur. En Espagne, il est victime d'un accident lors des qualifications qui détruit sa monoplace et l'empêche de prendre le départ. En Belgique, il s'élance de la 31e et dernière place de la grille, mais parvient à terminer dixième. Après un abandon à Monaco à la suite d'un carambolage, il parvient à voir le drapeau à damier plus régulièrement, mais toujours hors des points. Cependant, c'est en Autriche, sur le tracé ultra-rapide de l'Österreichring, qu'il réalise sa performance la plus probante. Profitant de sa connaissance du circuit, il termine sixième de l'épreuve et inscrit ainsi son premier point au championnat du monde. La fin de saison est plus laborieuse. Lors du Grand Prix d'Italie, devant son public, il est victime d'un accident. Il ne prend pas le départ au Canada après avoir endommagé sa voiture lors des essais, puis abandonne aux Etats-Unis à cause d'un problème d'alimentation en essence. Vittorio termine sa première saison à la 20e place du classement des pilotes.

En 1975, Vittorio poursuit sa carrière avec March qui se nomme à présent Beta Team March. Après un Grand Prix d'Argentine terminé à la neuvième place, il subit deux abandons consécutifs au Brésil et en Afrique du Sud, à cause de problèmes mécaniques. En Espagne, il s'élance de la cinquième place et termine à cette position après une course écourtée en raison d'un grave accident. A Monaco, il se qualifie de nouveau en cinquième position, mais sa course s'arrête prématurément à la suite d'un contact. En Belgique, il est troisième sur la grille de départ et parvient à mener la course durant deux tours, mais il perd ensuite des positions et doit abandonner à cause d'un problème de freinage. Le Grand Prix de Suède constitue un fait marquant de sa saison, puisqu'il y réalise la pole position, devançant les favoris sur le circuit d'Anderstorp. En course, il mène les débats pendant quinze tours, puis une défaillance de la transmission l'oblige à abandonner. Sa pointe de vitesse ne se traduit pas toujours par des résultats, en raison de la fiabilité aléatoire de la March 751, comme le montrent ses abandons aux Pays-Bas et en France. Lors du Grand Prix de Grande-Bretagne, marqué par des changements climatiques brusques, il franchit la ligne d'arrivée en sixième position. Sa performance la plus notable a lieu en Autriche, sur l'Österreichring, sous des précipitations intenses. Il prend la tête de la course et creuse un écart conséquent sur ses poursuivants. La direction de course interrompt l'épreuve au 29e tour pour des raisons de sécurité. Vittorio franchit la ligne d'arrivée en vainqueur. Dans l'euphorie de la victoire, il perd le contrôle de sa monoplace juste après l'arrivée et percute le rail de sécurité, endommageant l'avant de sa March. Il boucle néanmoins son tour de décélération avec une voiture endommagée. En Italie, il abandonne en raison d'un embrayage défaillant. Sa saison se clôture aux Etats-Unis par une septième place et une onzième place au championnat.

Vittorio poursuit son engagement avec March pour la saison 1976. Il pilote la nouvelle March 761, qui conserve la livrée orange de son sponsor, Beta. Malheureusement, le début de championnat est marqué par une grande instabilité mécanique. Au Brésil, il se qualifie en septième position, mais abandonne rapidement. En Afrique du Sud, il s'élance de la cinquième place et termine huitième, juste devant son coéquipier Ronnie Peterson. Les quatre manches suivantes se soldent par quatre abandons consécutifs, dus à des erreurs de pilotage et à des problèmes mécaniques, mais sa compétitivité en qualifications reste sa principale force. Après une dixième place en Suède, il enchaîne par quatre abandons consécutifs. Lors du Grand Prix des Pays-Bas à Zandvoort, il parvient à rallier l'arrivée en sixième position, marquant ainsi son unique point de la saison. Après une septième place en Italie, il se qualifie en troisième position au Canada, mais ne termine qu'à la quatorzième place, ayant perdu des rapports sur sa boîte de vitesses. La saison se termine sur deux abandons aux États-Unis et au Japon. Vittorio termine le championnat à la dix-neuvième place. Vittorio, jusque-là soutenu par l'argent de Beta, voit son statut au sein de l'équipe se dégrader et comprend qu'il doit chercher un autre volant pour la suite de sa carrière.

Surtees

En 1977, l'écurie Surtees, en difficulté financière et sportive, engage Vittorio, qui apporte à la fois son expérience et un budget via Beta. L'Italien retrouve ainsi son statut de leader, même si la TS19 semble moins compétitive que la March. Lors du premier Grand Prix en Argentine, il perd le point de la sixième place à trois tours de l'arrivée, à cause d'un problème d'injection d'essence, et se classe septième. Après un abandon au Brésil, il se classe à nouveau septième en Afrique du Sud. Sa saison se poursuit avec un accident aux Etats-Unis Ouest et un accrochage en Espagne. Il parvient ensuite à se classer huitième à Monaco. Le pilote italien débloque son compteur sous la pluie en Belgique et termine à une belle quatrième place, signant son meilleur résultat de la saison. Après un abandon et deux Grands Prix hors des points, il marque des points en se classant cinquième en Allemagne, lors du premier Grand Prix disputé sur le circuit d'Hockenheim. Après quatre courses sans éclat, il retrouve le chemin des points au Canada, où il franchit la ligne en cinquième position. Il conclut sa saison par une huitième place au Japon.

Parallèlement à la F1, il connaît une grande réussite en voitures de sport. Pilote de l'écurie Autodelta, il remporte quatre victoires au volant d'une Alfa Romeo 33SC12.

Le début de la saison 1978 est marqué par des résultats en retrait : il termine 18e en Argentine et ne parvient pas à se qualifier au Brésil. En Afrique du Sud, il se classe 12e, puis subit un nouvel abandon à Long Beach à cause de sa boîte de vitesses. La campagne européenne débute avec la nouvelle TS20 et une non-qualification à Monaco, puis il se classe 13e en Belgique et 7e en Espagne, échouant à la porte des points. Après un abandon en Suède et une 17e place loin derrière en France, il parvient à terminer à une honorable 9e place en Grande-Bretagne, puis abandonne en Allemagne. Lors du Grand Prix d'Autriche, disputé sous une pluie battante, il réalise sa meilleure performance de l'année en franchissant la ligne d'arrivée à la sixième place, ce qui lui permet d'inscrire son unique point de la saison. Aux Pays-Bas, il est disqualifié après avoir été poussé par des commissaires. Le tournant dramatique de sa saison survient au Grand Prix d'Italie, à Monza. Dès le départ, il est impliqué dans le carambolage général qui coûte la vie à Ronnie Peterson. Dans le chaos, Vittorio est frappé à la tête par une roue détachée, perd connaissance et souffre de graves blessures crâniennes. Transporté à l'hôpital dans un état critique, il entame une longue période de convalescence qui l'éloigne des circuits pour le reste de la saison.

Alfa Romeo

A 42 ans, il effectue son retour à la compétition en 1979, à Monza, soit un an après son accident. Il rejoint l'écurie Autodelta, qui marque le retour officiel d'Alfa Romeo en tant que constructeur complet en Formule 1. Il prend le volant de la monoplace 177, une voiture massive équipée d'un moteur 12 cylindres à plat. Pour ce retour symbolique devant son public, il se qualifie en vingt-deuxième position et termine la course à la douzième place, à un tour du vainqueur, Jody Scheckter. Pour les deux dernières manches de la saison, qui se tiennent en Amérique du Nord, il pilote la nouvelle Alfa Romeo 179, dotée d'un châssis à effet de sol. Au Canada, il rencontre toutefois des difficultés d'adaptation à cette nouvelle technologie. Il se qualifie en dix-huitième position, mais est contraint à l'abandon en raison d'une panne de moteur, puis ne parvient pas à se qualifier pour le Grand Prix des Etats-Unis.

En 1980, Vittorio poursuit sa collaboration avec Alfa Romeo, mais son rôle évolue au sein de la structure Autodelta. Il occupe désormais principalement une fonction de pilote d'essais et de réserve. Cependant, à la suite du décès accidentel de Patrick Depailler lors d'essais privés à Hockenheim, Alfa Romeo fait appel à lui pour épauler Giacomelli à partir du Grand Prix des Pays-Bas. Au volant de l'Alfa Romeo 179B, il se qualifie en vingt-deuxième position et abandonne en course à la suite d'un accrochage. Lors du Grand Prix d'Italie, exceptionnellement disputé sur le circuit d'Imola, il est contraint à l'abandon au cinquième tour, après être sorti de piste. Pour les dernières manches de la saison, l'écurie décide de confier sa deuxième monoplace au jeune espoir italien Andrea de Cesaris. Cette saison 1980 marque la fin de sa carrière en Formule 1, avec 74 départs et une victoire en Grand Prix.

L'après-F1

Après avoir quitté la Formule 1, Vittorio s'est éloigné des circuits pour se consacrer à des activités plus locales et familiales. Il continue de diriger l'atelier de mécanique Brambilla avec ses frères et participe occasionnellement à des épreuves de véhicules historiques ainsi qu'à des rassemblements commémoratifs.