É um ex-piloto australiano bicampeão da V8 Supercar Championship Series em 2003 e 2004. Em 2006, Ambrose mudou-se para os Estados Unidos para competir na NASCAR, começando com a Craftsman Truck Series. Ele passou para a Nationwide Series em 2007 e, mais tarde, para a Sprint Cup Series em 2008. Ele é conhecido na NASCAR por ter vencido um total de 6 corridas em Watkins Glen International. Na Sprint Cup Series, ele venceu em Glen em 2011 e 2012, e na Nationwide Series, ele venceu em Glen em 2008, 2009, 2010 e 2014.