2010 wechselte Ricciardo zu Tech 1 Racing in die Formel Renault 3.5, wo er Teamkollege von Brendon Hartley wurde. Nachdem er bereits bei seinem ersten Rennen die Pole-Position und eine Podest-Platzierung erzielt hatte, holte er in seinem fünften Rennen auf dem Circuit de Monaco seinen ersten Sieg in der Formel Renault 3.5. Mit insgesamt vier Siegen verlor er das Titelduell gegen Michail Aljoschin mit 138 zu 136 Punkten und wurde Vizemeister. Nachdem er im Dezember 2009 bei Testfahrten für Red Bull Racing erste Erfahrungen in der Formel 1 gesammelt hatte, wurde er zusammen mit seinem Teamkollegen Hartley von den Formel-1-Rennställen Red Bull und Toro Rosso als Ersatz- und Testfahrer für die Saison 2010 unter Vertrag genommen. Die beiden Rennfahrer übernahmen zunächst jeweils im Wechsel diese Position. Ab dem Großen Preis von Deutschland übernahm Ricciardo diese Position bei jedem Rennen. Falls beide verhindert waren, wurden sie durch David Coulthard vertreten. Nach der Saison absolvierte Ricciardo für Red Bull Racing bei den sogenannten "Young-Driver-Days" zwei Formel-1-Testtage. Er erzielte an beiden Tagen die Bestzeit. Dabei gelang es ihm die schnellste Zeit des vorangegangenen Rennwochenendes, die sein Teamkollege Sebastian Vettel im Qualifying erzielt hatte, zu unterbieten.