1996-ban a Williams az egyik leggyorsabb autó volt a mezőnyben, így Hill ismét a világbajnoki címért harcolhatott. Csapattársa ebben az évben az újonc, előző évi Champ Car-bajnok Jacques Villeneuve volt, aki a szezon során meglepően megnehezítette Hill dolgát. Monacóban, ahol apja általában jól szerepelt, ebben az évben kiesett. Ezt a versenyt egyébként Olivier Panis nyerte, első és egyetlen győzelmét aratva. Az utolsó futamon Villeneuve-nek még volt matematikai esélye a világbajnoki címre, és ezért minden tőle telhetőt meg is tett, megszerezte a pole pozíciót is. A versenyen azonban végül Hill diadalmaskodott, Villeneuve pedig kiesett, így a világbajnokságot 19 pontos előnnyel fejezte be. Annak ellenére, hogy a világbajnoki címet Hill szerezte meg, a következő évre már nem hosszabbítottak vele szerződést, helyére a német Heinz-Harald Frentzen került. Hill végül a második legsikeresebb Williams-pilóta lett 21 győzelmével. A Williamsnél csak Nigel Mansell volt nála eredményesebb.