L'anno successivo, il 1994, ebbe come compagno di team il tre volte Campione del Mondo Ayrton Senna, che sembrava destinato a stravincere con la nuova Williams FW16. Il regolamento ora vietava qualsiasi sistema elettronico come sospensioni attive, ABS e controllo della trazione ed erano nuovamente possibili i rifornimenti di carburante in gara; rispetto agli altri top team come Ferrari e Benetton la Williams si ritrovò la più penalizzata. La nuova macchina era infatti difficile da guidare e assettare; Senna morì tragicamente in un incidente nel Gran Premio di San Marino a causa della rottura del piantone dello sterzo; dopo la sua scomparsa Frank Williams ripose tutte le sue speranze sull'inglese mentre sulla seconda macchina si alternarono il collaudatore David Coulthard e Nigel Mansell. Mansell guadagnò circa 900.000 sterline per ciascuna delle sue quattro gare, mentre Hill fu pagato 300.000 sterline per l'intera stagione, anche se la posizione di Hill come pilota di punta rimase indiscussa.