In der Formel-1-Weltmeisterschaft 2017 ging Stroll für Williams als Stammfahrer an den Start. Stroll gilt als der am besten vorbereitete Debütant der Formel-1-Geschichte. Sein Einstieg in die Formel 1 wurde seit Jahren durch ein von seinem Vater finanziertes Programm gefördert, das einen zweistelligen Millionenbetrag kostete und zu dem die Übernahme des Prema-Powerteams gehörte. Stroll absolvierte in der zweiten Jahreshälfte 2016 unter Ausschluss der Öffentlichkeit mehrere Testfahrten mit einem zwei Jahre alten Williams FW36 und entsprechenden Mercedes-Motoren, die eigens für ihn aufgebaut wurden. Darüber hinaus hatte Stroll noch vor den Williams-Werkspiloten Valtteri Bottas und Felipe Massa Zugriff auf den von seinem Vater gesponserten neuesten Simulator. Bis zum Saisonauftakt 2017 soll er auf diese Weise rund 8.000 km Testfahrten in Formel-1-Fahrzeugen absolviert haben. Er wählte die Nummer 18 als seine permanente Startnummer. Bei seinem Debütrennen in Australien schied er aus. Bei seinem Heimrennen, dem Großen Preis von Kanada, erzielte er als Neunter erstmals Punkte. Ein Rennen später in Aserbaidschan gelang ihm mit dem dritten Platz seine erste Podest-Platzierung. Am Saisonende belegte er den zwölften Gesamtrang mit 40 Punkten, 2018 blieb Stroll bei Williams und erzielte mit sechs Punkten Platz 18 in der Meisterschaft.