Paul Belmondo est bel et bien le fils de son père, et cela lui vaudra parfois des remarques acerbes qui prétendront que sa carrière était surtout due à la bonne exploitation de son nom, plutôt qu'à son talent.

Néanmoins, le début de sa carrière parle pour lui. En 1979, il pilote en karting et remporte dès 1981, le Yamaha Challenge. En 1982, il remporte devant les plus prometteurs espoirs français, le Volant Elf. Il gagne le droit de participer à la saison 1983 de Formule Renault et y remporte une victoire, au Mans. Et en 1984, il se retrouve en Formule 3. Pendant trois saisons, il n'y brille guère : une victoire à Albi en 1985, quatrième puis sixième et enfin dix-huitième du classement final du championnat.

Pourtant, cela n'empêche pas Paul de se lancer en F3000 en 1987. Pendant ces trois premières saisons dans cette discipline, il cumule F3000/24 Heures du Mans. Mais ni dans l'une, ni dans l'autre épreuve il ne récolte de lauriers. Deux petits points en F3000 et surtout une longue série d'accidents, tandis qu'au Mans, il ne voit pas une seule fois la ligne d'arrivée. Mais Paul est entêté et poursuit sa carrière en F3000 pendant encore deux saisons. Durant cette période, il ne parvient pas à faire mieux qu'une unique sixième place. Au final, son bilan en F3000 s'élève à quatre saisons, 43 Grands Prix, huit non-qualifications et trois petits points.

Malgré ces résultats peu flatteurs, le garçon ne manque pas de propositions en F1. La première en 1990, mais ne réunissant pas un budget suffisant, il ne sera pas aligné par Osella. Fin 91, Gérard Larrousse lui fait tester sa F1 sur le circuit de Paul Ricard. Mais finalement, c'est avec March que Paul signe un contrat pour participer à la saison 1992 de F1.

Au côté de Karl Wendlinger, le jeune Français parvient à se qualifier cinq fois en onze tentatives. Il étonne même les observateurs en amenant sa guère reluisante monture à l'arrivée en toute occasion, accrochant même une belle neuvième place pour son dernier Grand Prix en Hongrie, après s'être qualifié dix-septième. Mais, à cours d'argent, il se voit remplacer par Emanuele Naspetti pour la fin de la saison.

En 1993, il est intronisé pilote essayeur chez Benetton. Il n'y fera, certes, que peu d'essais, mais cela sera suffisant (moyennant finances également) pour acquérir le second baquet de la nouvelle écurie Pacific en 1994. Malheureusement, cette saison fut catastrophique pour Paul, deux participations seulement en seize tentatives. Ces deux Grands Prix se soldent par autant d'abandons. A la fin de la saison, Paul hésite à se réembarquer dans la galère Pacific et préfère accepter le poste de pilote essayeur. Mais bien sur, comme l'écurie est désespérément pauvre, Paul n'effectuera pas le moindre roulage pour le compte de cette écurie qui disparaîtra en fin de saison.

Une fois son expérience en F1 terminée, Paul se tourne vers les différentes disciplines de GT. On le voit dans le championnat BPR GT (95 et 96), le championnat GT japonais (1997), ainsi qu'en Porsche Supercup (97 et 98). En 1998, il crée sa propre structure, le Paul Belmondo Racing et continue à courir avec un certain succès en Championnat FIA GT, au volant d'une Viper.