V sezóne 1997 Frentzen nahradil Damona Hilla v tíme Williams-Renault, ktorý od roku 1992 vyhral šampionát šoférov trikrát. Na prvom preteku sezóny, Veľká cena Austrálie
, Frentzen sa dostal do vedenia v prvej zatáčke a zostal tam až do jeho prvej zastávky. Na konci pretekov bežal druhý, keď explodoval brzdový kotúč, ktorý ho vyhodil z okruhu a do dôchodku. Jeho prvé víťazstvo získal v San Maríne, ale sezóna bola pre neho sklamaním; po rodinnej atmosfére v Sauberi, Frentzenovi bolo život vo Williams ťažký, najmä kvôli problematickému vzťahu s Patrickom Headom. Napriek tomu, že sa kvalifikoval na mnoho pretekov v prvom rade, mal tendenciu sa v pretekoch posúvať späť, zvyčajne končil dobre za svojím spoluhráčom Jacquesom Villeneuveom. Avšak, kvôli diskvalifikácii Michaela Schumachera z majstrovstiev vodičov, Frentzen skončil na druhom mieste v šampionáte s 42 bodmi na 81-ke Villeneuveho, ktorý získal jednu výhru proti siedmim Villeneuveovi.