Pada tanggal 2 November 2009, diumumkan secara resmi bahwa Nico Hülkenberg akan membalap bagi tim Williams mulai musim 2010. Ia akan berpartner bersama dengan seorang pembalap senior asal Brazil yang sebelumnya telah ditendang dari tim Brawn GP, yakni Rubens Barrichello. Penampilan Hülkenberg di musim 2010 terbilang angin-anginan, karena ia kerap kali tampil bagus dan buruk secara bergantian dari seri ke seri. Ia berhasil meraih poin perdananya di Malaysia, pada saat finish di P10, dan kemudian hasil yang sama baru bisa ia ulangi di Jerman. Posisi finish terbaik Hulkie selama musim 2010 adalah pada saat ia finish P6 di Hongaria, dan kemudian di Brasil, Hulkie berhasil mencetak "pole position" pertamanya di dalam ajang F1. Hulkie menutup musim 2010 dengan berada di P14 di klasemen akhir kejuaraan dunia pembalap dengan raihan 22 poin. Merujuk pada manajernya, balapan di Abu Dhabi merupakan balapan pamungkas Hulkie di tim Williams, dan ia akan mencari tim lain untuk musim 2011 mendatang.