Hülkenberg debuterte i Formel 1 i for Williams, med den erfarne Rubens Barrichello som lagkamerat. Hans debutløp var under Bahrains Grand Prix, og han tok sitt første poeng i sitt tredje løp i Malaysia, hvor han fullførte på en 10. plass. Hulkenberg tok også sin første pole position under Brasils Grand Prix i 2010, hvor han fullførte på en 8. plass.