V roce 1993 se stal Coulthard testovacím jezdcem několikanásobného vítěze poháru konstruktérů, týmu Williams-Renault a hrál důležitou roli ve vývoji vozu. Pro rok 1994 měl David u Williamsu zůstat opět jako testovací jezdec, ale kvůli tragické smrti jezdce Williamsu, Ayrtona Senny, se dostal do závodního vozu a v Grand Prix Španělska už startoval po boku Damona Hilla. Velkou část sezóny strávil řízením druhého vozu, ale ve čtyřech závodech musel svou sedačku propůjčit ex-mistru světa, Nigelu Mansellovi. Williams byl pyšný, že jeho druhý vůz pilotuje Mansell, toho času uřadující šampión Indycar. Ale Coulthard nezůstal pozadu, prokázal svou rychlost a tak se díky chybám soupeřů a notné dávce štěstí dokonce podíval na stupně vítězů, když skončil druhý v Portugalsku. Na poslední 3 závody už ale pouze seděl na tribuně pozoroval, jak si vede Mansell. Avšak nebyl to Nigel, ale David, kdo dostal smlouvu na celou sezónu 1995. Coulthard tak při své neúplné sezóně skončil na skvělém 8. místě, se ziskem 14 bodů.