En 1.963, mientras se realizaban los últimos ensayos antes de la presentación oficial del Renault 8, se le encargó al preparador Gordini la concepción de la versión deportiva de este modelo. El modelo de competición no fue presentado hasta 1964, y tomaba el motor inicial del R8, pero aumentando su cilindrada de 956 hasta 1.108 c.c. También fue dotado de cámaras de combustión hemisféricas y con una culata con las válvulas en la cabeza inclinadas en forma de V, de forma que la potencia en esta versión de situaba en los 95 CV.
Pero no solo fue modificado su motor, las suspensiones dobles traseras, y los cuatro frenos de disco imprimían un carácter deportivo al coche muy distante al del modelo inicial. Este carácter deportivo era demostrado estéticamente por el nuevo diseño del salpicadero (repleto de relojes indicadores), el color azul Renault y las bandas blancas sobre el techo y los capós. El R8 Gordini se consolidó definitivamente como coche de competición en el tour de Córcega de 1.964, cuando se hizo con 4 de los primeros 5 puestos de la clasificación. En Francia también se comercializó una versión deportiva de R8 más económica, el Renault 8 S, que montaba el motor de 1.108 c.c., pero de 60 CV, que se comercializaba de serie en color amarillo chillón. En España también existió una versión deportiva del Renault 8, el R8 TS, con el bloque de 1.108 c.c. pero con 56 CV.
En 1966 aparece el Renault 8 Gordini 1.300, que se distinguía fácilmente del modelo anterior por su frontal de 4 faros. Además del aumento de cilindrada, la sustitución de los dos carburadores Solex por unos Weber de doble cuerpo hizo que la potencia se elevase hasta los 103 CV. Gordini también puso a la venta en los concesionarios Renault un kit de potenciación que convertía el motor de 1255 c.c. en uno de 1296 c.c. más preparado para la competición. Fue en 1.970 cuando se puso fin a la producción del R8 Gordini para dar paso a su sustituto, el Renault 12 Gordini, que desarrollaba un nuevo concepto de tracción delantera.
