Če izvzamemo obdobje pred drugo svetovno vojno, ko so v 30. letih prejšnjega stoletja legendarni dirkalniki znamke Auto Union zmagovali na dirkah za veliko nagrado, se je zgodovina znamke Audi v motošportu začela s pogonom quattro. Prepričljive zmage in dva naslova prvaka med vozniki in proizvajalci na svetovnem prvenstvu v rallyju med letoma 1982 in 1984 so pomembno prispevali k tržnemu uspehu pogona quattro.
Po tem, ko je Audi z modelom Audi Sport quattro svet rallyja postavil na glavo in trikrat zapored v rekordnem času osvojil Pikes Peak (ZDA), je znamka pogon quattro prilagodila dirkanju na dirkališčih, najprej z dirkalnikoma Audi 200 quattro in Audi 90 quattro IMSA-GTO v ZDA, v letih 1990 in 1991 z dvema naslovoma prvaka z dirkalnikom Audi V8 quattro na nemškem prvenstvu turnih avtomobilov (DTM) in nazadnje z dirkalnikom A4 quattro v kategoriji superturnih avtomobilov za serijske avtomobile. Leta 1996 je Audi A4 quattro zmagal v sedmih državah. Med letoma 2012 in 2016 se je štirikolesni pogon vrnil na dirkališča kot pogon e-tron quattro.
Ko so uspešni pogon quattro prepovedali na dirkah turnih avtomobilov, se je znamka Audi usmerila v športne prototipe in tudi v tej kategoriji motošporta osemnajst let dokazovala slogan "Prednost je v tehniki". Ob svojem prvem nastopu na dirki 24 ur Le Mansa leta 1999 se je s tretjim mestom takoj povzpela na stopničke. V naslednjih letih je bil na najzahtevnejši vzdržljivostni dirki na svetu nepremagljiv Audi R8, ki je med letoma 2000 in 2002 dosegel zgodovinski hat-trick (tri zaporedne zmage), tudi po zaslugi tehnologije TFSI, ki je bila prvič uporabljena leta 2001 in se je kasneje uveljavila tudi v serijski proizvodnji. V letih 2004 in 2005 sta zasebni moštvi poskrbeli za še dve skupni zmagi za Audi v Le Mansu. Model R8 si je s 63 zmagami na 80 dirkah športnih avtomobilov zagotovil mesto v zgodovini motošporta.
Po zmagi Laurenta Aiella leta 2002 z zasebnim dirkalnikom Abt-Audi TT-R se je znamka Audi leta 2004 vrnila v serijo DTM s tovarniško ekipo in z Mattiasom Ekströmom že takoj osvojila naslov prvaka. Šved je leta 2007 ponovil dosežek, v letih 2008 in 2009 pa je zmago slavil njegov moštveni kolega Timo Scheider. Do zdaj je Audi edini proizvajalec avtomobilov v zgodovini prvenstva DTM, ki mu je uspelo osvojiti hat-trick zmag. Zgodbo o uspehu dirkalnika Audi A4 DTM je z zmago leta 2011 nadaljeval Martin Tomczyk, dve leti kasneje pa je Mike Rockenfeller z dirkalnikom Audi RS 5 DTM osvojil naslov prvaka med vozniki in tako znamki Audi prinesel deveti naslov DTM. Leta 2017 je René Rast dosegel izjemen uspeh in kot novinec postal zmagovalec med vozniki. Istega leta je Audi osvojil tudi konstruktorski naslov. Leta 2019 in 2020 je Rast znova osvojil prestižni naslov prvaka. Skupno so tako Audijevi vozniki dvanajstkrat zmagali na prvenstvu DTM, k temu pa je treba prišteti še šest konstruktorskih in osem moštvenih naslovov. Audi je tako tehnološko obvladal eno največjih sprememb v zgodovini te dirkaške serije: v dveletni dobi turbo motorjev je bil Audi RS 5 DTM z izjemno učinkovitim dvolitrskim turbo motorjem merilo uspešnosti z 28 zmagami, 95 uvrstitvami na stopničke, 29 najboljšimi štartnimi položaji, 28 najhitrejšimi krogi in vsemi šestimi naslovi prvaka. Od leta 2021 je prvenstvo DTM namenjeno izključno športnim avtomobilom GT3.
Znamka Audi je s tehnologijo TDI postavljala nove mejnike. Leta 2006 je z novo zasnovanim dirkalnikom R10 TDI, prvim dirkalnikom z dizelskim motorjem, zmagala na dirki 24 ur Le Mansa. Tehnologija TDI je na Le Mansu v skupnem seštevku zmago slavila kar osemkrat. Audi je z dizelskim dirkalnikom v letih 2007 in 2008 osvojil dirko La Sarthe ter trikrat zapored zmagal v ameriški, leta 2008 pa še v evropski seriji Le Mans. Leta 2010 je Audi z dirkalnikom R15 TDI na najhitrejši dirki Le Mans doslej osvojil prvo, drugo in tretje mesto ter postavil rekord v najdaljši prevoženi razdalji, ki še do danes ni presežen. Leta 2014 je znamka Audi zabeležila trinajsto zmago od 16 dirk, na katerih je nastopila. Slogan "Prednost je v tehniki" je obveljal tudi pri energetski učinkovitosti. V obdobju, ko je znamka Audi uporabljala tehnologijo TDI, ji je uspelo zmanjšati porabo dizelskega goriva svojih dirkalnih prototipov za 46 odstotkov.
S prvo zmago hibridnega dirkalnika na dirki 24 ur Le Mansa leta 2012 je znamki Audi uspel še en pionirski dosežek. Audi R18 e-tron quattro je kar tri leta zapored ostal nepremagan, seznam tehničnih dosežkov znamke Audi pa so dopolnile še številne druge inovacije, na primer laserska luč. Z naslovi prvakov med vozniki in proizvajalci, osvojenimi s hibridnim športnim avtomobilom v FIA World Endurance Championship (WEC) v letih 2012 in 2013, se je znamka Audi leta 2016 poslovila od dirkanja s športnimi avtomobili.
Audi je sistematično nadaljeval z elektrifikacijo svojega motošportnega programa, ki se je začela leta 2012 z vzdržljivostnimi dirkami. Po koncu programa LMP z hibridnim športnim dirkalnikom R18 je kot prvi nemški proizvajalec avtomobilov v sezoni 2017/2018 tekmoval v povsem električni seriji Formula E. S štirimi zmagami in enajstimi uvrstitvami na stopničke je oddelek Audi Sport ABT Schaeffler po dvanajstih dirkah osvojil moštveni naslov prvaka. Znamka štirih krogov je leta 2022 z inovativnim prototipom vstopila v znameniti Rally Dakar, januarja 2024 pa se je pisala zgodovina: dirkalnik Audi RS Q e-tron je postal prvi prototip z nizkimi izpusti, električnim pogonom, visokonapetostno baterijo in pretvornikom energije, ki je zmagal na najtežjem puščavskem rallyju na svetu.
Trajnostni razvoj ima pomembno vlogo tudi v najvišjem razredu motošporta. Od sezone 2026 bo znamka Audi na svetovnem prvenstvu Formule 1 zveze FIA tekmovala z lastno tovarniško ekipo in pogonskim sklopom, ki ga razvijajo v Neuburgu na Donavi. Po zaslugi odprte konkurence Formula 1 služi kot gonilna sila napredka električne mobilnosti in trajnostnih e-goriv.
Zmaga z dirkalnikom Audi V8 quattro na nemškem prvenstvu turnih avtomobilov (DTM).
