Wolff został mianowany partnerem zarządzającym zespołu Mercedes F1 Team i nabył 30% udziałów zespołu wraz z innym współwłaścicielem, Nikim Laudą. Zajął się także programami sportowymi zarówno Formuły 1 jak i Formuły E. Pod koniec sezonu 2020 Formuły 1 ogłoszono, że Wolff, obok firmy INEOS i Daimler AG został jednym z trzech udziałowców zespołu Mercedes przy jednoczesnym zachowaniu dotychczasowego stanowiska szefa zespołu i dyrektora generalnego do co najmniej 2023 roku. W 2020 roku nabył również niewielki pakiet udziałów w Aston Martin F1.
W latach 2014–2021 zespół Formuły 1 Mercedes AMG Petronas Motorsport Formula One Team zdobył osiem tytułów mistrzowskich w klasyfikacji konstruktorów, zaś jego kierowcy siedmiokrotnie zdobywali tytuł mistrzowski w klasyfikacji kierowców.
W styczniu 2024 roku podpisał nowa 3 letnią umową z firmą Mercedes na mocy której pozostał szefem zespołu i dyrektorem generalnym. W 2026 roku został najdłużej urzędującym szefem zespołów w formule 1, kierując zespołem mercedesa nieprzerwanie od 2013 roku.