Pastor Maldonado vstoupil do formule 1 nejen díky svému titulu z GP2, ale také díky finanční podpoře venezuelské vlády. Williams ho upřednostnil před Nicem Hülkenbergem, který pro něj závodil v roce 2010. Maldonado měl ve své první sezóně smůlu, protože Williams zažil v roce 2011 nejhorší sezónu ve své historii. Venezuelan tak měl omezené možnosti ukázat svůj talent. Svými výkony nezklamal a jeho sponzoři u týmu zůstali, takže s britskou stájí pokračoval i v roce 2012.
V té dosáhl na své první vítězství ve formuli 1, když v Barceloně triumfoval před Fernandem Alonsem. Vrátil tím úsměv na tvář Williamsu, ale jen částečně, protože kvůli četným incidentům často zbytečně ztrácel body. Stáj z Grove tak nevyužila potenciál svého vozu. V roce 2013 Maldonado působiště nezměnil. A nakonec toho litoval. Williams totiž znovu výkonnostně ztratil a venezuelskému závodníkovi došla trpělivost. Sám sice nepodával vyrovnané výkony, ale měl za to, že mu tým neumožňuje využít svůj potenciál, a proto na konci roku přestoupil k Lotusu.