Pour 2010, Kubica est recruté par Renault F1 Team et est rejoint le par le débutant russe Vitaly Petrov. Si sa monoplace se révèle assez performante, sa première course, gâchée par un accrochage avec Adrian Sutil, le voit terminer onzième. En Australie, avec une bonne stratégie de pneus, il réalise son premier podium de l'année. Il termine ensuite quatrième en Malaisie, cinquième en Chine puis huitième en Espagne. Lors du Grand Prix de Monaco, après s'être qualifié en première ligne, il finit troisième et obtient son deuxième podium de la saison. Il se classe ensuite sixième en Turquie, septième au Canada et cinquième en Europe. Après neuf courses, il est sixième avec 83 points.