В составе Williams-BMW Ник проявил себя положительно. Он регулярно опережал своего партнёра Марка Уэббера, завоевал поул-позицию на Гран-при Европы 2005 года и финишировал вторым в Монако, где Уэббер довершил успех команды, придя третьим. Однако конец сезона для Williams выдался неудачным. Из-за конфликта между руководством команды и мотористами из BMW было принято решение о разделе команды на следующий сезон. Результаты гонщиков снизились в последних гонках. Вдобавок, Хайдфельд попал в серьёзную аварию на тестах, получил травму и вынужден был пропустить окончание сезона. Его заменял тест-пилот Антонио Пиццония.