Untuk musim 1997, Frentzen menggantikan Damon Hill di tim Williams-Renault, yang telah memenangkan kejuaraan pembalap tiga kali sejak 1992. Pada balapan pertama musim ini, Grand Prix Australia
, Frentzen memimpin di tikungan pertama dan tetap di sana sampai pit stop pertamanya. Dia berlari di posisi kedua di akhir balapan ketika disk rem meledak, melemparkan dia dari sirkuit dan pensiun. Ia meraih kemenangan pertamanya di San Marino tetapi musim itu mengecewakan baginya; setelah suasana keluarga di Sauber, Frentzen menemukan kehidupan di Williams sulit, khususnya memiliki hubungan bermasalah dengan Patrick Head. Meskipun lolos untuk banyak balapan di baris depan ia memiliki kecenderungan untuk melayang kembali dalam balapan, biasanya selesai jauh di belakang rekan setimnya Jacques Villeneuve. Namun, karena Michael Schumacher didiskualifikasi dari kejuaraan pembalap Frentzen berakhir kedua di kejuaraan dengan 42 poin untuk rekan Villeneuve 81, setelah mencetak satu kemenangan untuk Villeneuve tujuh.