Marraskuussa 2016 Williams vahvisti Strollin nousevan tallin toiseksi kilpakuljettajaksi kaudeksi 2017. Hän otti tallissa paikan Felipe Massan tallikaverina Valtteri Bottaksen siirryttyä Mercedekselle. Australian kilpailussa Stroll joutui keskeyttämään jarruongelmiin. Myös seuraavassa kilpailussa Kiinassa Stroll joutui keskeyttämään kolaroituaan Sergio Pérezin kanssa kilpailun ensimmäisellä kierroksella. Kauden 2017 kolmannessa kilpailussa Bahrainissa Stroll joutui jälleen keskeyttämään tällä kertaa Carlos Sainzin törmättyä Strollin kylkeen kilpailun 13. kierroksella radan ensimmäisessä mutkassa. Venäjällä Stroll ajoi ensimmäistä kertaa kilpailun maaliin asti. Ensimmäisen kierroksen pyörähdyksestä huolimatta hän oli maalissa 11:s. Stroll ajoi Kanadan GP:ssä uransa ensimmäiset MM-pisteet ollen yhdeksäs. Stroll ajoi Azerbaidžanissa kolmanneksi saavuttaen ensimmäisen palkintopallisijansa, vaikka Valtteri Bottas ohitti hänet aivan kilpailun viimeisillä metreillä. Palkintosijallaan Strollista tuli kaikkien aikojen toiseksi nuorin palkintopallille ajanut kuljettaja Max Verstappenin jälkeen, ja nuorin palkintopallille ajanut kuljettaja tulokaskaudella ollessaan 18 vuotta ja 239 päivää vanha. Stroll on kaikkien aikojen kolmas kanadalainen Formula 1 -kuljettaja, joka on saavuttanut palkintosijan. Italian GP:ssä Strollista tuli kaikkien aikojen nuorin eturivistä kilpailuun startannut kuljettaja. Kilpailussa Stroll tippui seitsemänneksi. Stroll keräsi tulokaskaudellaan 40 pistettä sijoittuen kuljettajien MM-sarjan sijalle 12.