Nella stagione 2008, è stato sfortunato l'esordio al Gran Premio d'Australia, dove è partito in prima fila, ma in gara è stato tamponato dalla Williams di Kazuki Nakajima durante i giri percorsi alle spalle della safety car; una settimana dopo, in Malesia, si è classificato secondo dietro a Kimi Räikkönen dopo essere scattato dalla quarta posizione in griglia. Il 5 aprile 2008 ha realizzato la sua prima pole position nel Gran Premio del Bahrein, anche prima pole della storia di un pilota polacco e prima della BMW Sauber da quando è anche costruttrice di telai oltre che di motori, finendo la gara terzo; seguono poi un quarto posto in Spagna e Turchia e il secondo posto a Monaco. L'8 giugno 2008 vince il suo primo gran premio in Formula 1 sul Circuito di Montréal in Canada, proprio sul circuito dove un anno prima aveva rischiato la vita; è la prima vittoria della storia della Formula 1 di un pilota polacco e prima vittoria della BMW da quando è anche costruttrice di telai oltre che di motori. Un ulteriore primato è che Kubica riesce così anche a balzare in testa alla classifica, sfruttando inoltre i ritiri dei piloti maggiormente candidati al titolo (tuttavia sarebbe stato raggiunto dopo poche gare per via della minor competitività della BMW Sauber rispetto alla McLaren e alla Ferrari).