In 2017 bleef Palmer bij Renault rijden, maar kreeg hij met Nico Hülkenberg wel een nieuwe teamgenoot. Het werd al snel duidelijk dat Hülkenberg veel sneller was dan Palmer: waar Hülkenberg zesmaal punten scoorde in de eerste twaalf races van het seizoen, moest Palmer wachten tot de Grand Prix van Singapore tot zijn eerste puntenfinish met een indrukwekkende zesde plaats. Ook in de kwalificaties was Hülkenberg altijd sneller; als enige coureur op de grid was Palmer nooit sneller dan zijn teamgenoot in de kwalificatie. Op 7 oktober 2017 werd bekend dat Palmer de volgende dag in Japan zijn laatste race zou rijden voor Renault en dat hij vanaf de volgende race, de Grand Prix in de Verenigde Staten vervangen zou worden door Carlos Sainz jr..