"Es un honor unirme a un equipo con un legado tan rico. El equipo es un icono de nuestro deporte, al que respeto enormemente, y estoy deseando afrontar el reto", dijo Vowles.
"Mercedes me ha apoyado enormemente en mi viaje, y nos separamos en excelentes términos tras más de 20 años de trabajo en Brackley".
Vowles ha sido director de estrategia automovilística de Mercedes durante los últimos cuatro años y ha participado en la consecución de nueve campeonatos de constructores y 120 carreras.
Lleva 21 años en la Fórmula Uno y trabajó en Brackley para los predecesores de Mercedes, British American Racing (BAR), Honda y Brawn GP.
Brawn GP ganó los campeonatos mundiales de constructores y pilotos en 2009 con Jenson Button y Vowles también ha participado en seis de los siete títulos de pilotos de Lewis Hamilton.
"Estoy agradecido por todo lo que Toto (Wolff, jefe de Mercedes) y el equipo me han proporcionado, y ha sido una experiencia muy especial viajar juntos a través del fracaso y el éxito", añadió.
"Williams Racing ha depositado su fe y confianza en mí, y yo haré lo mismo a cambio. Williams tiene un potencial tremendo, y nuestro viaje juntos empieza en cuestión de semanas".
Matthew Savage, presidente de Dorilton, la empresa estadounidense de inversiones propietaria de Williams, dijo que Vowles aportaría rendimiento a un equipo que terminó último en la general en 2022 y que no ha ganado una carrera desde 2012.
Williams es nueve veces campeón del mundo de constructores, sólo superado por Ferrari, y también ganó siete coronas de pilotos en su época de esplendor, pero la última vez que estuvo en lo más alto fue con el canadiense Jacques Villeneuve en 1997.
"Ha sido una pieza clave en algunas de las hazañas más impresionantes de este deporte en los últimos 15 años", dijo Savage sobre Vowles. "Creemos que el nombramiento de James refuerza nuestra dedicación a garantizar que tenemos un liderazgo enérgico, experimentado y fuerte a medida que avanzamos hacia la siguiente fase de transformación de Williams Racing".
Capito se hizo a un lado en diciembre después de dos años en el cargo, con el director técnico Francois-Xavier Demaison también cesando en sus fucniones.
Dorilton compró Williams a la familia fundadora en agosto de 2020.