Kubica wechselte in der Saison 2010 zu Renault F1. Sein Teamkollege war der Russe Witali Petrow, mit dem er das erste Fahrerduo der Formel 1 aus den ehemaligen Ostblockstaaten bildete. Mit einem zweiten Platz in Australien erzielte er bereits im zweiten Saisonrennen die erste Podest-Platzierung für sein neues Team. Weitere Platzierungen auf dem Podium folgten beim prestigeträchtigen Großen Preis von Monaco und beim Großen Preis von Belgien, die er beide auf dem dritten Platz beendete. Kubica erzielte regelmäßig Punkte und schaffte es nur beim letzten Grand Prix in Abu Dhabi nicht in den letzten Abschnitt der Qualifikation. In der Gesamtwertung belegte er am Saisonende den achten Platz mit 142 Punkten.