Nakajima dikekalkan oleh Williams bagi musim 2009. Di Grand Prix Australia, beliau merempuh dinding di sekeloh keenam dan menyebabkan beliau untuk bersara dari perlumbaan. Nakajima juga terpaksa bersara di Bahrain. Beliau juga terhempas pada pusingan kedua terakhir di Grand Prix Monaco ketika beliau di tempat kesepuluh. Di Grand Prix British, Nakajima memperoleh keputusan kelayakan tertingginya dalam Formula Satu, iaitu tempat kelima. Walau bagaimanapun, perlumbaan beliau telah dikompromi oleh strategi pit yang teruk yang menyebabkan beliau gagal mengutip sebarang mata kejuaraan. Nakajima menamatkan musim ini tanpa sebarang mata.