Schon vor Beginn des 20. Jahrhunderts begann der Erfolgszug von Peugeot im Motorsport. Bei einem der ersten Automobil-Wettbewerbe, der 126 km langen Fahrt von Paris nach Rouen, gewann Peugeot zusammen mit Panhard-Levassor 1894 den ersten Preis des „Petit Journal“ (damals 5000 Francs) mit einem Schnitt von 26,26 km/h. 

Bald darauf traten die ersten echten Rundstreckenerfolge ein: Georges Boillot gewann 1912 den Grand Prix in Dieppe. Auf dem neuen Kontinent gelang Peugeot mit drei Erfolgen in Indianapolis und zwei Grand Prix-Siegen in San Francisco und Santa Monica noch vor 1920 der Durchbruch.

Nach dem Zweiten Weltkrieg verlagerte Peugeot das Gewicht auf den Rallyesport. Zum internationalen Profil des Unternehmens trugen vor allem die Modelle 404 und 504 bei: Zbigniew Nowicki, Bert Shankland, Ove Andersson und Jean-Pierre Nicolas gewannen zwischen 1963 und 1978 sechsmal die Safari-Rallye in Kenia. 1981 gewann die Peugeot-Tochter Talbot mit Guy Fréquelin und Jean Todt den Markentitel in der Rallye-WM. Beifahrer Todt setzte seine erfolgreiche Karriere als Teamchef fort. 

Der Siegeszug des legendären 205 Turbo 16 begann 1984: In nur zweieinhalb Jahren erzielte Peugeot 16 Siege, zwei Marken-WM-Titel und je ein Fahrer-Championat mit Timo Salonen und Juha Kankkunen. Nach dem Verbot der Gruppe B setzte Peugeot das Konzept bei Wüstenrallyes und beim Pikes Peak-Bergrennen weiter erfolgreich ein.

1990 wagte sich Peugeot werksseitig auf die Rundstrecke. Nur ein Jahr später gewann der Sportwagen 905 auf Anhieb den Vize-Konstrukteurstitel in der Sportwagen-WM. Ein Jahr darauf feierte das Team in Fahrer- und Marken-WM zwei Meistertitel und gewann die 24 Stunden von Le Mans – ein prestigeträchtiger Erfolg, der sich 1993 wiederholte. 

1996 stieg Peugeot mit dem 406 in die Deutsche Super-Tourenwagen-Meisterschaft ein: Laurent Aiello erreichte auf Anhieb den dritten Platz, wurde im Folgejahr Meister und gewann 1998 die Vizemeisterschaft – eine makellose Bilanz. 

1999 ist Peugeot neben Ford der einzige Hersteller, der sich sowohl in der Rallye-WM als auch der Formel 1 engagiert. Insbesondere das Rallye-Engagement trägt reiche Früchte: Zwischen 2000 und 2002 schafft das Team aus Vélizy den Hattrick in der Marken-WM, bei den Fahrern ist Marcus Grönholm im Peugeot 206 WRC in den Jahren 2000 und 2002 erfolgreich. Der 206-Nachfolger 307 WRC steuerte ebenfalls seinen Anteil an den insgesamt 27 WM-Siegen bei, den die Marke zwischen 1999 und der Abschiedsaison 2005 einfuhr.

Nach werkseitigem Abschluss des Engagements in der Rallye-WM konzentrierte sich Peugeot Sport auf die Entwicklung des 908 HDi FAP. Der Dieselsportwagen feierte 2007 seine Wettkampfpremiere und gewann nach Siegen in allen Rennen auf Anhieb den Titel in der Le Mans Serie und belegte Platz zwei bei den 24 Stunden von Le Mans. 2009 folgte mit dem Fahrertrio David Brabham/Marc Gené/Alexander Wurz der erste Sieg des Dieselsportwagens bei dem Langstreckenklassiker.

Ganz brach lag der Rallyesport aber trotz des Rückzugs aus der WM nicht. Für den Kundensport entwickelte Peugeot Sport den 207 S2000, der mehrere Titelgewinne in der Intercontinental Rally Challenge erzielte.