Dopo il Gran Premio di Abu Dhabi la Williams confermò Barrichello anche per il campionato . La stagione del team di Frank Williams fu tuttavia disastrosa, con una vettura poco competitiva e, nelle prime gare, inaffidabile; il brasiliano non riuscì mai a qualificarsi tra i primi dieci, battendo spesso comunque il compagno di scuderia e giunse in zona punti solamente in due occasioni, conquistando due noni posti nel Gran Premio di Monaco e nel Gran Premio del Canada. Il 17 gennaio 2012, dopo che la Williams aveva annunciato l'arrivo di Bruno Senna al posto del brasiliano e con tutti i volanti migliori occupati per il campionato , Barrichello decise di ritirarsi dalla Formula 1.