2011 kehrte Wickens zu Carlin in die Formel Renault 3.5 zurück. Er gewann jeweils ein Rennen in Spa-Francorchamps, auf dem Nürburgring sowie in Barcelona und entschied in Silverstone beide Rennen für sich. Wickens ging als Gesamtführender im Duell mit seinem Teamkollegen Jean-Éric Vergne ins letzte Rennen. Die beiden Piloten berührten sich in der Startphase in der zweiten Kurve, wobei bei Wickens die Aufhängung brach. Im weiteren Rennverlauf schied auch Vergne aus, wodurch Wickens mit 241 zu 232 Punkten den Meistertitel vor Vergne gewann. Außerdem wurde er Anfang Juni vom Formel-1-Team Virgin als Testfahrer unter Vertrag genommen. In dieser Funktion wurde er im freien Training zum Großen Preis von Abu Dhabi eingesetzt. Darüber hinaus erhielt er als Belohnung für den Titelgewinn in der Formel Renault 3.5 einen Formel-1-Test bei Renault.