Ljúka eftirfarandi setningu: 21. desember 2010 staðfesti Virgin Racing að d'Ambrosio myndi keppa fyrir liðið í. Í fyrstu 13 keppnunum sínum fyrir liðið lauk d'Ambrosio 11 þeirra með einu hættunum sínum sem komu í Malasíu vegna vandamála með rafrænum í bílnum hans og í
Ítalía vegna gírkassa. Besta úrslit hans hafa verið tvö 14. sæti, í Ástralíu og Kanada. Í heimahlaupi sínu, Belgíska Grand Prix, endaði hann í 17. sæti og sigraði liðsfélaga sinn Timo Glock.