Gardner llegó a la Fórmula Uno en 1969 de la mano de la escudería francesa Matra, en la que trabajó en el desarrollo del sistema de tracción a las cuatro ruedas. Allí coincidió con Ken Tyrrell, fundador de la escudería homónima y que por entonces estaba al mando de la escudería Matra. Aquella temporada, el trío formado por Ken Tyrrell, Derek Gardner y Jackie Stewart daría como resultado el primer título para el escocés.
Al siguiente año, ante el deseo de Matra de prescindir del exitoso motor Ford Cosworth DFV y utilizar su propio motor, Ken Tyrrell decidió dejar el equipo francés y formar su propia escudería, para la que contaría con Gardner como diseñador y Stewart como piloto. Debido al poco tiempo con el que contaban, Tyrrell decidió utilizar de manera provisional dos chasis March 701. De forma paralela, Gardner trabajaba desde el garage de su casa en el diseño del primer chasis Tyrrell.
A falta de tres carreras para que la temporada de 1970 llegase a su fin, Gardner consiguió tener listo el Tyrrell 001. En su debut, en el Gran Premio de Canadá, ese chasis con Stewart al volante consiguió la pole, aunque problemas mecánicos le impidieron acabar la carrera que lideraba en ese momento. Los problemas de fiabilidad se repitieron en las dos últimas pruebas, pero el potencial de aquel diseño había quedado patente clasificándose en primera línea en las tres carreras.En la temporada 1971, el nuevo chasis diseñado por Gardner, el Tyrrell 003, permitiría a la escudería británica conseguir su primer Mundial de constructores en la primera temporada que disputaba como escudería con chasis propio. Asimismo, con ese monoplaza Stewart lograría su segundo Mundial de pilotos.
El tercer y último título para Stewart llegaría en 1973, en el que logró cinco victorias con el Tyrrell 006 diseñado por Gardner. Sin embargo, aquella temporada, la última para Stewart, acabó precipitadamente en Estados Unidos, donde el equipo decidió retirarse tras el accidente mortal sufrido por François Cevert, compañero de equipo y amigo del tricampeón.
Incluso más que por los chasis con los que se lograron títulos mundiales, Gardner es y será recordado por diseñar el famoso Tyrrell P34 de 6 ruedas. Este rompedor diseño logró una única victoria, el Gran Premio de Suecia de 1976. Al finalizar la temporada, y desencantado con su último diseño, Gardner decidió abandonar la Fórmula Uno recalando en la industria de la automoción.