Rientrato al Milan al termine del prestito sampdoriano, il 23 giugno 2010 viene acquistato dalla Juventus per 4,5 milioni di euro; la società torinese è infatti in cerca di un valido sostituto di Gianluigi Buffon per i mesi a venire, stante il grave infortunio patito dal "numero uno" bianconero al . Storari fa il suo esordio in maglia juventina il 29 luglio 2010 in Irlanda, contro lo Shamrock Rovers, in una partita valida per il terzo turno preliminare di Europa League, vinta per 2-0 dalla Juventus; evidenzia ancora di più l'ottimo avvio di stagione, il 19 dicembre 2010, parando il primo rigore con la maglia bianconera a Michele Marcolini nella trasferta di Verona contro il Chievo (finita poi 1-1). Gioca in campionato tutte le gare del girone d'andata, con un buon rendimento tra i pali, per poi lasciare il posto da titolare al rientrante Buffon a partire dalla 20ª giornata.