Dopo l'uscita dal circus del team BMW Sauber, il 7 ottobre 2009 ufficializza il suo passaggio alla Renault in sostituzione di Fernando Alonso che passerà in Ferrari per il campionato 2010, inoltre è stato ufficializzato il prolungamento di contratto che porterebbe Kubica a guidare in Renault fino al 2012. È una stagione molto difficile per la scuderia francese, costretta a tagli e restrizioni economiche; ed è proprio la grande capacità di guida del pilota polacco a trascinare la squadra francese ed a portare punti importanti. In Bahrein conclude 11º mentre in Australia, gara caratterizzata da numerosi duelli e sorpassi nelle prime posizioni, riesce ad emergere guadagnando la seconda piazza; ritorna sul podio a Monaco (secondo) andando a punti nelle tre gare precedenti e nelle tre gare successive all'appuntamento monegasco. La sua costanza è interrotta per problemi tecnici a Silverstone, dove è anche autore di un duello con Alonso.