Nachdem Rosberg zum Saisonende 2016 aus der Formel 1 ausgestiegen war, erhielt Hamilton für die Formel-1-Weltmeisterschaft 2017 bei Mercedes mit Valtteri Bottas einen neuen Teamkollegen. Beim Saisonauftakt in Australien wurde er Zweiter. Anschließend gewann er in China. Nach einem zweiten und vierten Platz entschied er den Großen Preis von Spanien für sich. Außerdem gewann er den Großen Preis von Kanada. Nach zwei Rennen ohne Podest-Platzierung gewann Hamilton sein Heimrennen in Großbritannien. Bei seinem 200. Grand Prix in Belgien erzielte Hamilton zunächst seine 68. Pole-Position. Damit zog er mit dem bisher alleinigen Rekordhalter Michael Schumacher gleich. Anschließend gewann er das Rennen. Eine Woche später in Italien wurde Hamilton mit seiner 69. Pole-Position zunächst zum alleinigen Rekordhalter. Anschließend übernahm er mit einem Sieg die Weltmeisterschaftsführung. Auch das nächste Rennen in Singapur gewann er. Zwei Wochen später wurde er beim Großen Preis von Malaysia Zweiter und danach entschied er die Rennen in Japan und in den USA für sich. Anschließend reichte ihm ein neunter Platz beim Großen Preis von Mexiko zum vorzeitigen Gewinn der Weltmeisterschaft im drittletzten Saisonrennen. Hamilton erreichte bei jedem Rennen eine Top-10-Platzierung und lag am Ende mit 363 zu 317 Punkten vor Vettel.