Первые шаги в автоспорте Марио сделал в 13-летнем возрасте, участвуя в автомобильных гонках для подростков. В 1955 он вместе с семьей переехал в США в город Назарет (шт. Пенсильвания). С 1958 стал участвовать в различных сериях автогонок как в США, так и за их пределами. Первую победу в автогонках одержал в 1959, управляя машиной «Хадсон Хонит» образца 1948. Всего за последующие три сезона он одержал 20 побед.
В 1964 в Трентоне (шт. Нью-Джерси) состоялся первый старт Андретти в гонках серии Индикар. В дальнейшем за 31 год участия в серии Индикар автогонщик становился чемпионом по итогам года четыре раза (1965, 1966, 1969 и 1984), победил в 52 гонках и установил ряд рекордов серии (один из них — 7587 кругов, в которых он возглавлял гонку). В 1968 Марио дебютировал в гонках серии Формула 1. В 1970 его пригласил в свою команду Энцо Феррари. Первую победу в Формуле 1 Андретти одержал на Гран-при ЮАР в 1971. В 1978, уже выступая за команду Лотус Андретти завоевал звание чемпиона мира по итогам года. После этого успеха результаты гонщика пошли на спад и последний раз он выступал в гонках Формулы 1 в 1982. Всего в гонках Формула 1 он принял участие в соревнованиях на 128 гран-при, двенадцать из которых он выиграл. С 1983 Андретти выступал только на гонках Индикар и в 1984, после пятнадцатилетнего перерыва вновь стал чемпионом гонок.
Андретти пользуется огромной популярностью среди любителей автогонок в США. Он — единственный гонщик, трижды удостаивавшийся в США звания «Гонщик года» (1967, 1978 и 1984). Последнюю свою победу в Индикаре он одержал в возрасте 53 лет. В 1994 прекратил участие в гонках Индикар, но продолжал принимать участие в автомарафоне Двадцать четыре часа Ле-Ман. Два сына Андретти — Майкл и Джефф (р. 1964) — также автогонщики.
Наибольших успехов в автогонках добился старший сын — Майкл Марио Андретти (р. 5 октября 1962, Бетлэм, Пенсильвания). С 1983 он участвует в гонках Индикар, в 1991 стал чемпионом гонок. В 1993 участвовал в гонках на 13 гран-при серии Формула 1; его высшим достижением в 1993 стало третье место на Гран-при Италии. В том же 1993 возвратился в Индикар.