Para a tempada de 1997, Frentzen substituíu a Damon Hill no equipo Williams-Renault, que gañara o campionato de pilotos tres veces desde 1992. Na primeira carreira da tempada, o Gran Premio de Australia
Frentzen tomou a liderada na primeira curva e permaneceu alí ata a súa primeira parada nos boxes. Estaba a correr segundo no final da carreira cando un disco de freos explotou, botándoo fóra do circuíto e ao retiro. Conseguiu a súa primeira vitoria en San Marino, pero a tempada foi decepcionante para el; despois do ambiente familiar en Sauber, Frentzen atopou a vida en Williams difícil, en particular tendo unha relación problemática con Patrick Head. A pesar de clasificarse para moitas carreiras na primeira fila, tiña unha tendencia a derivar cara atrás na carreira, normalmente terminando moi por detrás do seu compañeiro de equipo Jacques Villeneuve. Con todo, debido á descalificación de Michael Schumacher do campionato de pilotos, Frentzen terminou segundo no campionato con 42 puntos para o seu compañeiro de equipo Villeneuve con 81, tendo anotado unha vitoria para os sete de Villeneuve.