2006 trat Rosberg für Williams erstmals in der Formel 1 an. Er wurde Teamkollege von Mark Webber. Der Rennstall setzte Motoren von Cosworth ein. Bei seinem ersten Formel-1-Rennen in Bahrain ging Rosberg vom zwölften Startplatz ins Rennen. Nach einer Kollision in der ersten Runde und einem Reparaturstopp fiel er ans Ende des Feldes zurück. Rosberg begann eine Aufholjagd und kam schließlich auf dem siebten Platz ins Ziel. Damit erzielte er bereits bei seinem Debütrennen zwei Punkte. Rosberg fuhr zudem die schnellste Rennrunde und wurde damit zum jüngsten Fahrer, dem dies gelang. Im Alter von 20 Jahren, 8 Monaten und 13 Tagen löste er Fernando Alonso ab, der bei seiner ersten schnellsten Runde 21 Jahre, 10 Monate und 17 Tage alt war. Beim fünften Rennen, dem Großen Preis von Europa, wurde Rosberg ein weiteres Mal Siebter. Bei diesem Rennen ging er vom letzten Startplatz aus ins Rennen. Weitere Punkteplatzierungen gelangen Rosberg, der bei drei weiteren Rennen in die Top-10 fuhr, nicht. Bei der Hälfte aller Rennen erreichte Rosberg nicht das Ziel. Mit vier Punkten lag Rosberg am Saisonende auf dem 17. Platz in der Fahrerweltmeisterschaft. Damit unterlag er intern Webber, der mit sieben Punkten 14. war.