Beim Saisonauftakt in Australien wurde er Zweiter, beim darauf folgenden Großen Preis von Bahrain Dritter. Das vierte Rennen in Aserbaidschan und das fünfte in Spanien gewann er. Auch beim Großen Preis von Frankreich gewann er. Beim Großen Preis von Österreich schied er das erste Mal nach 33 Zielankünften in Folge mit einem Benzindruckproblem aus und hält damit den Rekord für die meisten Zielankünfte in den Punkten in Folge, den vorher Kimi Raikkönen mit 27 Ankünften innehatte. Ein Rennen später in Großbritannien wurde er Zweiter, nachdem er in der ersten Runde ans Ende des Feldes zurückgefallen war. Anschließend gewann er den Großen Preis von Deutschland von Platz 14 startend. Auch den darauf folgenden Großen Preis von Ungarn entschied er für sich. Nach der anschließenden Sommerpause wurde Hamilton Zweiter in Belgien. Darauf gewann er den Großen Preis von Italien, den Großen Preis von Singapur, den Großen Preis von Russland und den Großen Preis von Japan. Anschließend erreichte er Platz drei in den USA. Eine Woche später reichte Platz vier beim Großen Preis von Mexiko zum vorzeitigen Gewinn seines fünften Weltmeistertitels. Damit wurde er nach Juan Manuel Fangio und Michael Schumacher zum dritten Fahrer, der zum fünften Mal Formel-1-Weltmeister wurde. Nach seinem Titelgewinn gewann Hamilton in Brasilien und Abu Dhabi und beendete die Saison mit 408 zu 320 Punkten vor Vettel.