I april 2009 ble det klart at Wernbloom skulle spille for den nederlandske klubben fra juni samme år. Han var med på å vinne den nederlandske supercupen Johan Cruijff Schaal i sin første sesong, og fikk sin debut i Europaligaen i 2010/2011-sesongen, hvor AZ tok imot hans gamle klubb IFK Göteborg i tredje kvalifiseringsrunde. Frem til januar 2012 fikk han 67 seriekamper og syv mål for klubben.