BMW dalam Formula Satu
Pemasok mesin > Williams (2000–2005)

Informasi lebih lanjut: Williams Grand Prix Engineering
Setelah sepuluh tahun absen dari ajang Formula Satu, BMW mulai mengevaluasi kembalinya ke dalam olahraga tersebut pada akhir tahun 1990-an. Pada musim 1998, merek tersebut menandatangani sebuah kontrak untuk memasok mesin kepada tim Williams. Tim Williams telah berhasil memenangkan gelar Kejuaraan Dunia Pembalap musim 1992, 1993, 1996, dan 1997, dan juga gelar Kejuaraan Dunia Konstruktor selama bertahun-tahun termasuk musim 1994, dalam kemitraan yang sukses dengan Renault, tetapi perusahaan asal Perancis tersebut menarik diri dari olahraga tersebut pada akhir musim 1997, dan meninggalkan pemilik tim Frank Williams dan Direktur Teknis [[Patrick Head] yang] membutuhkan kemitraan mesin yang baru agar tetap kompetitif. Pada saat BMW menghabiskan waktu 18 bulan untuk membangun dan menguji mesin V10 yang biasanya disedot, untuk mematuhi peraturan teknis yang telah berubah secara signifikan sejak tahun 1980-an, tim tersebut menggunakan mesin Renault yang lama, yang diubah namanya menjadi Mecachrome, dan kemudian Supertec.
Mesin BMW E41 siap bersaing di musim 2000, dipasang di mobil FW22, dan dikendarai oleh Ralf Schumacher dan Jenson Button. Schumacher berhasil mencetak podium pada balapan pertama mesin tersebut, dan menambahkan dua podium lagi sepanjang musim. Serangkaian perolehan poin yang konsisten membuat tim Williams finis di posisi ketiga secara kompetitif di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Konstruktor, agak jauh di belakang tim dominan Ferrari dan McLaren, tetapi di depan pabrikan mesin dengan pengalaman yang lebih baru.
Setelah E41 yang relatif konservatif, BMW merancang mesin P80 yang lebih agresif untuk musim 2001, nomor tipe dasar yang dipertahankan selama sisa keterlibatan perusahaan di dalam ajang Formula Satu. Mesinnya segera terbukti mengalami peningkatan tenaga yang signifikan, dan mendorong Schumacher dan rekan setimnya yang baru, yaitu Juan Pablo Montoya, untuk bersaing untuk meraih kemenangan balapan. Secara keseluruhan, kedua pembalap tersebut berhasil mencetak empat kemenangan balapan, tetapi kehilangan peluang yang lain karena tidak dapat diandalkan dan insiden balapan. Sasis FW23 juga tidak memiliki gaya turun tertinggi untuk bersaing dengan pembalap Ferrari dan McLaren di setiap sirkuit, meskipun itu adalah kelas lapangan di "sirkuit yang bertenaga", seperti Hockenheim dan Monza.
Untuk musim 2002, keandalan dan konsistensi sasis FW24 jauh lebih baik, namun tim Ferrari membuat langkah maju yang lebih signifikan dengan sasis F2002 miliknya sendiri, dan mendominasi kedua Kejuaraan Dunia pada musim tersebut. Tim ini mencetak dua belas poin lebih banyak dibandingkan dengan musim sebelumnya, dan berhasil mengalahkan tim McLaren untuk menempati posisi kedua di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Konstruktor, tetapi hanya berhasil memenangkan satu balapan saja dengan Schumacher di Grand Prix Malaysia. Apalagi, Montoya tidak mampu memenangi satu balapan pun, meskipun berhasil meraih tujuh posisi terdepan.
Tim Williams lebih kompetitif di musim 2003, karena kedua pembalap berhasil menang pada dua kesempatan, dan Montoya tetap bersaing untuk memperebutkan gelar Kejuaraan Dunia Pembalap hingga balapan kedua dari terakhir di musim ini. Namun, ia pada akhirnya gagal, seperti yang dialami oleh tim di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Konstruktor, karena meskipun FW25 sering kali menjadi mobil yang harus dikalahkan di paruh kedua musim, tetapi dibutuhkan terlalu banyak waktu untuk mencapai titik puncak.
Untuk musim 2004, tim memproduksi sasis FW26, yang menampilkan bagian hidung yang radikal, yang dirancang oleh Antonia Terzi. Namun, desain ini terbukti tidak efektif di musim berikutnya, yang didominasi oleh tim Ferrari, dan tim Williams merosot ke posisi keempat di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Konstruktor, dengan kemenangan Montoya di Grand Prix Brasil, satu-satunya kemenangannya di musim 2004. Sebelum hasil ini, tim mengalami rasa malu karena didiskualifikasi ganda dari Grand Prix Kanada karena ketidakteraturan saluran rem, dan kemudian Schumacher mengalami cedera tulang belakang akibat mengalami kecelakaan yang berkecepatan tinggi di Grand Prix Amerika Serikat, yang menyebabkan dia terpaksa harus melewatkan enam balapan hingga dia berhasil pulih kembali sepenuhnya. Kedua pembalap tersebut meninggalkan tim pada akhir musim.
Musim terakhir kerja sama antara BMW dengan Williams, yaitu musim 2005, menyaksikan penurunan daya saing tim yang terus berlanjut, di mana mereka turun ke posisi kelima di dalam klasemen akhir Kejuaraan Dunia Konstruktor. Tidak ada satu pun dari tiga pembalap tim—Mark Webber, Nick Heidfeld, dan Antônio Pizzonia—yang mampu memenangkan perlombaan; hasil terbaik tim adalah finis podium ganda di Grand Prix Monako. Pada saat ini, hubungan tim dengan pemasok mesinnya memburuk, dengan BMW yang yakin bahwa mesinnya mampu memenangkan gelar Kejuaraan Dunia, tetapi telah dikecewakan oleh sasis Williams yang mereka gunakan. BMW menawarkan diri untuk membeli tim tersebut secara langsung, dengan harapan agar mereka bisa mendapatkan kendali secara keseluruhan atas upaya Formula Satu, tetapi Frank Williams menolak; sebagai hasilnya, BMW lebih memilih untuk membeli tim saingannya, yaitu Sauber, untuk musim 2006, dan mengakhiri kesepakatannya dengan tim Williams.