In 1992 begon Hill zijn Formule 1-loopbaan als Grand Prix coureur bij het zieltogende Brabham-team. Teambaas Frank Williams was echter overtuigd van zijn talent en contracteerde hem als tweede rijder voor het seizoen 1993 naast Alain Prost, die na een sabbatjaar terugkeerde naar de Formule 1. Hill was voordien testrijder geweest voor Williams; in 1991 samen met zijn landgenoot Mark Blundell en in 1992 was hij de enige Williams-testrijder. In het seizoen 1993 won Hill drie Grote Prijzen op rij, waarvan zijn eerste in Hongarije, de tweede was de Grand Prix van België en de derde de Grand Prix van Italië. Vier keer behaalde hij een tweede, drie keer een derde en eenmaal een vierde plaats. Hij eindigde als derde in het kampioenschap van 1993 achter teamgenoot Alain Prost, die voor de vierde keer het kampioenschap won en Mclaren coureur Ayrton Senna, die tweede werd.