For 1997-sæsonen erstattede Frentzen Damon Hill i Williams-Renault-holdet, som havde vundet førermesterskabet tre gange siden 1992. I sæsonens første løb, det australske Grand Prix
Frentzen tog føringen i det første sving og forblev der indtil sit første pitstop. Han var anden sidst i løbet da en bremseskive eksploderede, kastede ham ud af banen og i pension. Han vandt sin første sejr i San Marino, men sæsonen var skuffende for ham; efter familiemiljøet i Sauber fandt Frentzen livet på Williams vanskeligt, især med et problematisk forhold til Patrick Head. På trods af at han kvalificerede sig til mange løb i første række, havde han en tendens til at glide tilbage i løbet, og han sluttede normalt godt bag sin holdkammerat Jacques Villeneuve. Men på grund af Michael Schumachers diskvalifikation fra førermesterskabet endte Frentzen på andenpladsen i mesterskabet med 42 point til holdkammeraten Villeneuve's 81, efter at have scoret en sejr til Villeneuve's syv.