In der Formel-1-Weltmeisterschaft 2017 erhielt Palmer bei Renault mit Nico Hülkenberg einen neuen Teamkollegen. Beim Großen Preis von Singapur erzielte er mit dem sechsten Platz seine bis dahin beste Formel-1-Platzierung. Nach dem Rennen in Japan verlor Palmer sein Cockpit an Carlos Sainz jr. Er belegte am Saisonende den 17. Gesamtrang.