Mercedes-AMG hat noch eine relativ junge Geschichte, in der es der Rennstall aber sehr schnell geschafft hat, sich an die Spitze vorzukämpfen. Nick Fry und Ross Brawn übernahmen im Jahr 2009 das Management-Buyout vom japanischen Rennstall Honda.

Noch im gleichen Jahr gingen Rubens Barichello und Jenson Button mit dem BGP 001, der mit einem Mercedes-Motor angetrieben wurde, auf die Strecke. Bereits im ersten Jahr konnte sich Ross Brawn sowohl den Konstrukteurs- als auch den Fahrertitel sichern, was zur Folge hatte, dass Mercedes 75,1 Prozent des Nachfolgers von Honda, Brawn GP, kaufte.

Somit hatte sich Mercedes 54 Jahre, nachdem es sich aus dem einst erfolgreichen Werkteam der Formel 1 zurückgezogen hatte, wieder in das Rennen um die schnellsten Autos der Welt begeben. Ross Brawn blieb weiterhin als Teamchef im Amt. Das Formel 1-Team von Mercedes wurde jedoch an die Abteilung Mercedes-Benz-Motorsport des Mercedes-Konzerns angegliedert. Der offizielle Sitz von Mercedes-AMG ist in Stuttgart, die Autos werden allerdings im Brawn-Werk in Brackley gebaut, weil nur dort die notwendige Infrastruktur vorhanden ist.

Eine Krönung des Comebacks von Mercedes im Jahr 2010 erfuhr der Rennstall, indem er Michael Schuhmacher, der seine aktive Rennfahrerkarriere eigentlich vier Jahre zuvor beendet hatte, als Piloten gewinnen konnten. Als Teamkollege wechselte Nico Rosberg vom Konkurrent Williams zu Mercedes.

Nico Rossberg schaffte es, den W01 2010 dreimal auf das Podest zu holen. Das zweite Jahr wurde allerdings schwieriger und die Kritik am Speed des Rennwagens wurde immer lauter. So investierte Mercedes viel in das technische Personal, das im Hintergrund arbeitete, damit sich der Rennstall in Richtung Spitze arbeiten konnte. 2012 wurde das Team in Mercedes AMG Petronas Formel 1-Team umbenannt. Im gleichen Jahr konnte Nico Rosberg beim Grand Prix von China den ersten Sieg seit der Rückkehr in die Formel 1 von Mercedes gewinnen.

2013 war ein bewegtes Jahr für Mercedes. Michael Schuhmacher trat zurück und wurde von Lewis Hamilton ersetzt. Der langjährige Motorsportchef Norbert Haug verließ das Team und wurde mit Toto Wolff nachbesetzt und die Rennsportlegende Niki Lauda bekam die Position des Vorsitzenden im Aufsichtsrat. Glücklicherweise ging der Wechsel gut über die Bühne, sodass Hamilton und Rosberg gemeinsam drei Siege und einen Podiumsplatzierungen einfuhren. Mercedes erlangte so den zweiten Platz in der Konstrukteursmeisterschaft.

2014 war ein Top-Jahr für Mercedes. Hamilton und Rosberg errangen 18 von 19 Pole Positions und gewannen 16 von 19 Wettrennen, davon waren gleich elf Doppelsiege. So gewann in diesem Jahr nicht nur Lewis Hamilton die Fahrer Weltmeisterschaft, sondern auch Mercedes die Konstrukteursmeisterschaft, zweiter wurde Nico Rosberg. Zu verdanken war dieser Erfolg der Power Unit aus Brixwoth, die denen von Ferrari und Renault weit überlegen war.

Auch im Jahr 2015 konnte Mercedes seine Erfolgsserie fortsetzen. Das Team gewann in der Saison 16 Rennen und wie im Vorjahr startete nur einmal kein Mercedes in der Pole Position. Rosberg und Hamilton fuhren insgesamt zwölf Doppelsiege ein.

Das Jahr 2016 war für Mercedes mit 19 Siegen, davon acht Doppelsiegen und 20-mal auf der Pole Position, wieder ein absolutes Erfolgsjahr. Nico Rosberg wurde 2016 Weltmeister, bevor er seine aktive Karriere beendete. Seinen Platz nahm Valtteri Bottas ein.

Auch im Jahr 2017 konnte Mercedes wieder beide WM-Titel verteidigen.