Prvním závodem v seriálu mistrovství světa F1 pro něj byla Velká cena Británie s Brabhamem BT37, kde se kvalifikoval jako třiadvacátý. Závod nedokončil. Do konce sezony startoval ještě v USA, ale výsledek byl stejný. Chuť si zlepšil alespoň solidním pátým místem v šestihodinovce na Watkins Glen s Mirage M6.
V roce 1974 jezdil za tým Hexagon Brabham s BT42 a BT44 a svůj první bod v F1 získal šestým místem v Monaku. John dokázal získat ještě slušné čtvrté místo v Rakousku a páté v posledním závodě sezony v USA. V následující sezoně Watson začal s TS16/4 Johna Surteese, ale před posledním závodem převzal volné místo v týmu Penske po Marku Donohuem, který podlehl zraněním z nehody v Rakousku. Během sezony však nezískal ani bod.
Lepší výsledky se začaly dostavovat v roce 1976. Po pomalejším rozjezdu John nejprve získal třetí místa ve Francii a v Británii, ale pak přišlo první vítězství v kariéře v Rakousku. Na konci sezony Irovi patřilo dělené sedmé místo s Jacquesem Laffitem. Na konci roku Penske z F1 odešel a Watson vytvořil novou dvojici s Niki Laudou v týmu Brabham-Alfa Romeo. S autem si však příliš nerozuměl a vše dobře klapalo snad jen v závodě ve Francii, kde skončil druhý. Vítězství bylo blízko, ale po problémech s palivem před sebe v posledním kole musel pustit Maria Andrettiho. Předtím získal v Monaku svou první pole position, ale v závodě nedojel, stejně jako v dalších deseti případech.
Rok 1978 Johnovi přinesl do té doby nejlepší celkové umístění – šesté místo. Auto bylo spolehlivější a pravidelně s ním dojížděl kolem pátého až sedmého místa. V září toho roku zemřel po nehodě v Monze Ronnie Peterson a John se stal jedničkou McLarenu. Ani v týmu Rona Dennise ho nejprve lepší výsledky nečekaly a v prvních dvou sezonách v týmu si připsal jediné umístění v první trojce, kterým bylo třetí místo v Argentině v roce 1979.
Pro rok 1981 už bylo připraveno lepší auto a Watson triumfoval v britské VC v Silverstone. Pro příští sezonu přišel do týmu Niki Lauda a John měl těžší pozici, ale chystal se na svoji nejúspěšnější sezonu v F1. Vedle vítězství v Belgii a premiérovém závodě v Detroitu, kde se k výhře dokázal propracovat ze sedmnáctého místa na startu, si připsal ještě druhá místa v Brazílii a Las Vegas. To pro něj znamenalo celkové druhé místo, o které se dělil s Didierem Pironim, pět bodů za vítězným Keke Rosbergem.
Následující rok začal pro Johna dobře a v Long Beach se k triumfu prokousal až z neuvěřitelného dvaadvacátého místa na startu. V moderní historii F1 je to stále rekord. Šanci na něj měl i Niki Lauda, který startoval ještě o jednu pozici za svým týmovým kolegou, ale skončil o půl minuty druhý. Pro Ira to bylo páté a poslední vítězství v F1. Po skončení sezony ho v McLarenu nahradil Alain Prost a John už startoval pouze v Brands Hatch v roce 1985, což byl jeho poslední závod ve Formuli 1.
Po konci v F1 se začal naplno soustředit na sportovní auta – se Stefanem Bellofem vyhráli v Porsche 956 1000km na Fuji. V roce 1987 John závodil s Jaguarem XJR-8 a těsně nedosáhl na vítězství v šampionátu World Sports Prototype, když po výhrách v závodech Gran Premio Fortuna, 1000km v Monze a opět na Fuji a druhých místech v 1000km v Silverstone a na Spa skončil celkově druhý.
Po ukončení kariéry provozoval v Silverstone závodní školu a také působil jako TV komentátor.
