Alors qu'il est sur le point de disputer une nouvelle saison en Formule 3000 en 1994, il est choisi par l'équipe Williams pour remplacer Ayrton Senna lorsque ce dernier trouve la mort à l'occasion du Grand Prix de Saint-Marin 1994. Coulthard n'était pas le premier choix de l'équipe, mais les autres pilotes contactés (Heinz-Harald Frentzen, Riccardo Patrese et Nigel Mansell) ont décliné l'offre.