Va debutar en la Fórmula 1 en el Gran Premi del Brasil del 2007, substituint a l'escuderia Williams F1 l'austríac Alexander Wurz que va anunciar la seva retirada després del Gran Premi de la Xina. La classificació no va ser gaire bé per a Nakajima, ja que no va poder passar a la Q2 amb una pobra 19è posició, per darrere d'Anthony Davidson i dels dos Spyker. En carrera va atropellar dos dels seus mecànics (sense conseqüències greus) en no regular bé la velocitat del pitlane. El pilot japonès va acabar la carrera en la desena posició.