Pour la saison 2020, Robert Shwartzman continue avec l'écurie italienne Prema Racing en rejoignant la Formule 2 avec comme coéquipier Mick Schumacher. Pour les quatre premières course de la saison au Red Bull Ring, il termine sur le podium a la troisième place, quatrième, signe sa première victoire et un abandon. En Hongrie, pour la course principale, le pilote russe signe sa deuxième victoire de la saison tandis qu'en course sprint, il termine quatrième. Sur le Circuit de Silverstone, il ne marque aucun point sur les deux courses du Grand Prix de Grande-Bretagne tandis que sur les deux autres courses, une semaine plus tard pour le Grand Prix du anniversaire, il termine huitième et treizième.