Filho do ex-piloto Satoru Nakajima, Kazuki chegou à Fórmula 1 como piloto de testes da Williams, em 2006, após ter sido o primeiro piloto do programa de desenvolvimento da Toyota. Em 2007, Nakajima se dividiu entre os testes da Williams com a disputa da GP2. A grande promoção viria no final do ano, quando ele substituiu Alexander Wurz no GP do Brasil e acabou confirmado como piloto da equipe, ao lado de Nico Rosberg, para a temporada 2008.