Nico Hülkenberg signe chez Renault Sport Formula One Team pour les saisons 2017 et 2018, avec une option pour 2019. Lors de la première course de la saison, au Grand Prix d'Australie, il se qualifie onzième et termine le Grand Prix à la même place. Il prend la septième place sur la grille en Chine et finit douzième de la course après un tête-à-queue. Une semaine plus tard, au Grand Prix de Bahreïn, il termine neuvième et inscrit ses premiers points pour l'écurie. En Russie, au terme d'une course solitaire, il franchit la ligne d'arrivée huitième. Lors du Grand Prix d'Espagne qui marque le début de la saison européenne, Hülkenberg obtient son meilleur résultat de la saison grâce à une sixième place. À Monaco, il abandonne pour la première fois de la saison. Il réalise la meilleure qualification de Renault depuis son retour dans la discipline en prenant la cinquième place sur la grille du Grand Prix de Grande-Bretagne ; le lendemain, il finit sixième de la course et abandonne lors du Grand Prix suivant. À Singapour, après avoir abandonné, Nico Hülkenberg détient le record du nombre de Grands Prix sans être monté sur le podium. Après six courses compliquées où il termine hors des points, il finit dixième du Grand Prix du Brésil. Sixième à Abou Dabi, il se classe dixième du championnat avec 43 points.