W trakcie zimy, ksywa testował ze stajnią Williams, konkurując o posadę w zespole z Antonio Pizzonią. 31 stycznia 2005, na przestrzeni prezentacji nowego bolidu oświadczono, że to Heidfeld zostanie drugim kierowcą zespołu obok boku marka Webbera. W trakcie sezonu ksywa wywalczył rola position i trzykroć stawał na podium, a w klasyfikacji generalnej zajął 9. miejsce.