Uitkomend voor "Owen Racing Organisation" behaalde Hill zijn eerste podiumplaats, eindigend als derde, in de Grand Prix van Nederland in 1960. Het langverwacht succes kwam uiteindelijk in het seizoen 1962, toen hij vier Grands Prix op zijn naam schreef, en voor het eerst de wereldtitel met een grote marge op landgenoot Jim Clark (actief voor Lotus) kon vieren. Zijn resterende jaren bij BRM waren niet van hetzelfde kaliber succes. Echter, Hill wist zich wel drie jaar achtereenvolgens te klasseren op de tweede positie in het kampioenschap. In deze zelfde periode wist hij ook zijn succesvolle relatie met de Grand Prix van Monaco te starten; hij won de race tussen 1963 en 1969 vijf keer (een record dat later werd verbeterd door Ayrton Senna). Buiten de Formule 1 om, won hij in 1966 tevens de Indianapolis 500, achter het stuur van een Lola-Ford.