Rubens visse il passaggio dal kart alla Formula 1 più velocemente di ogni altro pilota in attività. All'età di 17 anni, aveva già in tasca 5 titoli kart nazionali e proseguì a vincere con la GM Euroserie nello stesso anno. In seguito approdò in Formula 3, dove conquistò il titolo nel 1991 per la West Surrey Racing. Nella stagione successiva ebbe meno successo quando provò la F3000, ma giunse comunque terzo e fu così pronto per la Formula 1 per il suo 21° compleanno.
Effettuò il suo debutto in F1 nel 1993 con la Jordan, al Gran Premio del Sud Africa, qualificandosi in 14° posizione prima che si rompesse il cambio della sua monoposto al 31° giro. Nella sua terza gara, era in procinto di giungere secondo posto dietro il suo eroe e compatriota Ayrton Senna, ma problemi di carburante a fine gara gli tolsero questa chance. Nel 1994 conquistò la sua prima pole position, sul bagnato a Spa Francorchamps, ma sfortunatamente uscì di pista al 19° giro.
Quell'anno giunse terzo al GP del Pacifico, conquistando altri quattro quarti posti. Guai meccanici lo condizionarono nel 1995, ma nel GP del Canada conquistò per la seconda volta il posto d'onore. Rimase alla Jordan fino al 1997, prima di firmare per la Stewart, con la quale conquistò punti solo a Monaco. Il 1998 fu un altro anno povero di successi, con i quinti posti in Spagna e Canada, 9 ritiri, ed una ferita nella partenza annullata in Belgio che gli impedì di ripartire. Alla fine della stagione si classificò 12° con soli 4 punti.
Nel 1999 affiancò Johnny Herbert e dopo un inizio di stagione molto promettente, la vettura non lo aiutò in molte occasioni. Rubens riuscì tuttavia a conquistare una pole position sul bagnato cogliendo tutti di sorpresa. A metà stagione si venne a sapere che nel 2000 avrebbe preso il posto di Eddie Irvine in Ferrari.
La stagione 2000 fu una di quelle che Rubens sicuramente non dimenticherà mai, l'anno iniziò con la speranza di ottenere il successo che i suoi tifosi si aspettavano. La sua prima vittoria ad Hockenheim rimarrà per sempre nella mente di tutti. In quell'occasione Rubens apparse estremamente commosso quando salì sul gradino più alto del podio. I suoi sforzi durante la stagione permisero alla Ferrari di conquistare il campionato costruttori, mentre Rubens giunse quarto in quello piloti.
Sebbene nel 2001 non ottenne alcun successo, lottò per il secondo posto nella classifica piloti con lo scozzese David Coulthard che alla fine però lo battè. Nel 2002, Rubens conquistò altre quattro vittorie, quella più famosa fu quella ottenuta al Gran Premio degli Stati-Uniti quando lui ed il compagno di squadra Michael Schumacher tagliarono la bandiera a scacchi con il gap più piccolo mai registrato. Fu Barrichello ad imporsi, lasciando Schumacher al secondo rango con un ritardo minimo.
Dopo aver concluso il campionato 2002 al secondo rango dietro il suo compagno di squadra alla Ferrari, Barrichello visse una stagione deludente nel 2003, mentre Kimi Raikkonen e Juan Pablo Montoya conclusero il campionato davanti a lui e dietro Michael Schumacher.
Nel 2004 il brasiliano ottenne due vittorie, entrambe dopo che Schumacher aveva già vinto matematicamente il titolo mondiale, concludendo il campionato al secondo posto, con un bottino stagionale di ben 12 podi.
Nel 2005, Rubens Barrichello e tutta la squadra Ferrari incontrarono tante difficoltà. Il pacchetto Bridgestone-Ferrari fu nettamente battuto dagli avversari di Maranello ed il pilota brasiliano salì soltanto quattro volte sul podio, concludendo la stagione all'ottavo rango generale.
Dopo aver passato molto tempo nell'ombra di Michael Schumacher, Barrichello ha colto l'opportunità di raggiungere la Honda per il 2006. L'inizio è stato difficile ed il pilota brasiliano ha incontrato delle difficoltà con il pacchetto Honda-Michelin nonostante le centinaia di chilometri percorsi durante i test invernali. Malgrado i progressi compiuti nella seconda metà della stagione, Barrichello non è salito sul podio per tutto l'anno.
Il 2007 si è rivelato essere l'annata peggiore della carriera del brasiliano veterano che per la prima volta non ha segnato alcun punto. Il 2008 si è rivelato un anno molto complesso per il brasiliano. Rubens non è riuscito a segnare alcun punto, per la prima volta nella sua lunga carriera, a causa di una Honda nettamente al di sotto del lotto. Nel 2009 inizierà una avventura con la Brawn GP avendo come compagno di squadra sempre Jenson Button.
