En 2007, Williams troque son erratique moteur Cosworth pour le coûteux mais fiable bloc Toyota. Si la Williams FW29 n'est pas au niveau des meilleures créations de l'écurie britannique, elle permet à Rosberg de régulièrement se battre pour les points. Il rentre ainsi à sept reprises dans les points, avec comme meilleur résultat une quatrième place en fin de saison lors du Grand Prix du Brésil non sans être sorti vainqueur d'une lutte acharnée avec les pilotes BMW Sauber. Il termine la saison neuvième du championnat avec vingt points. Régulier et combatif en course, Nico Rosberg marque également les esprits par ses prestations en qualifications où il glisse régulièrement sa monture au niveau de voitures considérées comme plus performantes, dominant son équipier Alexander Wurz.