W sezonie 2005 został kierowcą zespołu Williams F1, jego partnerem został Nick Heidfeld. Jego debiut w zespołu, który przypadł na Grand Prix Australii był udany, zajął 5 pozycję. W dalszej części sezonu Webbera w Grand Prix Monako zajął trzecie miejsce, co było jego pierwszym podium w karierze. Ostatecznie zajął jednak dziesiąte miejsce w klasyfikacji końcowej będąc przed swoim zespołowym partnerem Nickiem Heidfeldem, który doznał kontuzji. W kolejnym roku ponownie reprezentował barwy zespołu Williams. Tym razem jego partnerem był debiutant Nico Rosberg. Australijczykowi udało się zdobyć siedem punktów. Głównym tego powodem były zawodne silniki Coswortha. Sezon ukończył na czternastej pozycji w klasyfikacji generalnej.