Sainz jatkoi kaudella 2017 Toro Rossolla tallikaverinaan Daniil Kvjat. Singaporessa Sainz ajoi neljänneksi, mikä oli hänen siihen astisen uran paras sijoitus Formula 1 -sarjassa. Sainz siirtyi kesken kauden Renault-talliin, kun tallin toinen kuljettaja Jolyon Palmer sai potkut. Myöhemmin ilmoitettiin Sainzin jatkavan Renault-tallissa kaudella 2018.