Den 2 november 2009 meddelades att Hülkenberg skulle köra Formel 1 för Williams under , hans stallkamrat skulle bli Rubens Barrichello. Under kvalet till Brasiliens Grand Prix tog Hülkenberg sensationellt pole position med över 1 sekund ner till tvåan, Sebastian Vettel. Han kunde dock inte hålla den positionen in i mål, där han blev åtta. Hülkenberg slutade på fjortonde plats i mästerskapet med 22 poäng.