Льюис Хэмилтон родился 7 января 1985 года в городе Стивенидж, графство Хартфордшир. По сведениям СМИ, его назвали в честь известного американского спринтера Карла Льюиса, но сам гонщик это опровергает. Хэмилтон родился в смешанной семье: родители отца Энтони Хэмилтона были темнокожими эмигрантами из Гренады, мать Кармен Ларбалестьер — белая британка. Из-за этого в начале карьеры Хэмилтон сталкивался с нападками на расистской почве. Родители развелись, когда Льюису было два года, и до 12 лет он прожил с матерью.
Интерес к гонкам проявился у Хэмилтона с самого детства, и в этом его поддерживал отец, который сначала покупал ему радиоуправляемые машинки, а затем приобрел карт. В 1992 году Льюис занял второе место в местном чемпионате. Хэмилтон обучался в католической школе, где занимался вместе с полузащитником сборной Англии по футболу Эшли Янгом. По словам Хэмилтона, являющегося болельщиком "Арсенала", если бы не "Формула-1", он занялся бы футболом или крикетом.
В декабре 1995 года на церемонии вручения автоспортивных наград он встретился с руководителем "Макларена" Роном Деннисом и сказал: "Я хочу выступать за вашу команду, хочу выступать за "Макларен". Менее чем через три года он был приглашен в программу подготовки молодых гонщиков "Макларена" и концерна Mercedes-Benz. Благодаря контракту, заключенному в возрасте 13 лет, Хэмилтон считается самым молодым гонщиком, который смог впоследствии попасть в "Формулу-1".
В 2000 году Хэмилтон впервые встретился с Нико Росбергом, они вместе выступали в картинге. В 2001 году Хэмилтон начал выступления в сериях гонок на болидах с открытыми колесами, через два года он стал победителем британской "Формулы Рено 2.0". Еще через два года он стал победителем европейской серии "Формулы-3", где опередил будущих пилотов "Ф-1" немцев Адриана Сутиля и Себастьяна Феттеля. В 2006 году он стал победителем серии GP2, и в то время вовсю шли разговоры о том, кто придет в "Макларен" вместо Хуана Пабло Монтойи и Кими Райкконена. В итоге места призовых пилотов доверили Хэмилтону и действующему чемпиону мира Фернандо Алонсо.
В первом для себя Гран-при "Ф-1" в Австралии Хэмилтон финишировал третьим и стал 13-м пилотом в истории "Королевских гонок", сумевшим подняться на подиум в дебютной гонке. Уже спустя несколько этапов Хэмилтон стал лидером общего зачета, побив рекорд Брюса Макларена как самый молодой гонщик, когда-либо лидировавший в чемпионате. Вскоре Хэмилтон одержал свою первую победу в карьере (Гран-при Канады).
На старте того сезона он установил еще один не побитый до сих пор рекорд — по количеству подиумов подряд со старта карьеры в "Ф-1", у британца их девять. Всего в дебютный год на счету британца четыре победы, шесть поулов и второе место в личном зачете, он уступил всего одно очко финну Кими Райкконену из "Феррари". Причем за два Гран-при до конца сезона Хэмилтон опережал своего соперника на 17 очков.
В 2008 году Хэмилтон вновь боролся за титул: пять побед и семь поулов перед последней гонкой, в результате чего преимущество британца над Фелипе Массой из "Феррари" составляло семь очков. На последнем этапе сезона в Бразилии Масса выиграл поул перед родными трибунами, а затем одержал победу в гонке. Несколько мгновений после финиша бразильцы и итальянцы ликовали, но лишь до тех пор, пока Хэмилтон не пересек финишную черту. На последнем круге он обогнал Тимо Глока из "Тойоты" в борьбе за пятое место и выиграл свой первый чемпионский титул.
Затем результаты команды и самого Хэмилтона пошли на спад, в 2009 и 2011 годах он заканчивал сезон на пятом месте, а в 2010-м, 2012-м, а также в 2013-м уже в составе "Мерседеса" становился четвертым. 28 сентября 2012 года было объявлено о том, что Хэмилтон покидает "Макларен". Британец заключил трехлетний контракт с "Мерседесом", где его партнером стал Росберг. Свою первую победу в новой команде Хэмилтон одержал на Гран-при Венгрии-2013.
С самого начала сезона 2014 года в условиях перехода на турбированные двигатели V6 пилоты "Мерседеса" имели колоссальное преимущество над соперниками. Благодаря победе на Гран-при Сингапура Хэмилтон смог захватить лидерство в общем зачете, опередив Росберга, который лидировал с первого этапа. Победа на Гран-при США стала для Хэмилтона 32-й в карьере — это лучший результат среди британских гонщиков "Ф-1". Хэмилтон стал 16-м пилотом в истории "Формулы-1" и четвертым британцем, сумевшим выиграть титул более одного раза.
23 ноября 2014 года в гонке на Гран-при Абу-Даби Хэмилтон после старта со второй позиции смог одержать победу и стал двукратным чемпионом.
В сезоне 2015 года Хэмилтон захватил лидерство с первого этапа и не уступал его до самого конца. В мае во время Гран-при Монако Хэмилтон и "Мерседес" продлили контракт на три года. На Гран-при России Хэмилтон одержал 42-ю победу и смог обойти в таблице победителей легендарного бразильца Айртона Сенну. Хэмилтон также стал первым британским гонщиком, который смог выиграть чемпионат два года подряд. После победы в чемпионате Хэмилтон сравнялся по числу титулов с Сенной, Нельсоном Пике, Ники Лаудой, Джеки Стюартом, Джеком Брэбемом. Выше них только Себастьян Феттель, Ален Прост (по 4), Хуан Мануэль Фанхио (5) и Михаэль Шумахер (7).