En su etapa en la F1, Donnelly fue piloto probador del equipo Lotus en el año 1988. Pero su verdadera carrera en este deporte comenzó un año más tarde, en 1989, cuando sustituyó a Derek Warwick en Arrows en el Gran Premio de Francia de ese año. En la clasificación sorprendió a todos al conseguir una 14ª posición, frente a la 25ª de su compañero, Eddie Cheever.
En el año 1990 continuó sus andaduras en la F1 con Lotus, pero esta vez como piloto titular junto al hombre que le cedió su asiento en Francia, Derek Warwick. Sin embargo, no fue una buena temporada, ya que no consiguió arañar ningún punto. Además, sufrió ese año un accidente que le alejó definitivamente del mundo de la F1. Tras el accidente, Donnelly ha logrado competir en eventos de clubes más pequeños, y dirigió un equipo de Fórmula Vauxhall.
Lista de comisarios piloto, hasta ahora, de la temporada 2013:
-GP de Australia: Danny Sullivan
-GP de Malasia: Derek Warwick
-GP de China: Mark Blundell
-GP de Baréin: Mika Salo
-GP de España: Alan Jones
-GP de Mónaco: Tom Kristensen
-GP de Canadá: Martin Donnelly