Zur Formel-1-Weltmeisterschaft 2020 wechselte Ocon zu Renault, wo er Teamkollege von Daniel Ricciardo wurde und Nico Hülkenberg ersetzte. In einem turbulenten Sachir-Grand Prix, den sein ehemaliger Teamkollege Sergio Pérez im Racing Point gewann, holte er als Zweiter sein erstes Podium in der Formel 1. Er beendete die Saison auf dem zwölften Platz der Fahrerwertung mit 62 Punkten.