2008 yılında Alonso'nun yerine McLaren koltuğuna oturan Heikki Kovalainen ile takım arkadaşı olan Hamilton, bir sonraki sezonda da başarılı performansını sürdürdü. İkinci sezonunda beş yarış zaferi elde eden Hamilton, on kez de podyuma çıktı. Interlagos'taki sezonun son yarışına 7 puan farkla lider çıkan Hamilton, şampiyonluk şansını ikinci sıradaki Ferrari pilotu Felipe Massa'nın kendi ülkesindeki son yarışa bıraktı. Son turlarında yağmurun bastırdığı yarışı kazanan Massa damalı bayrağı gördüğünde Hamilton Sebastian Vettel'in arkasında 6. sırada olduğundan Massa ile puanları eşitleniyor, Hamilton'a kıyasla daha fazla yarışı 2. olarak tamamlayan Massa şampiyon oluyordu. Massa ve Ferrari ekibi yarış zaferini ve Massa'nın neredeyse kesinleşmiş ilk şampiyonluğunu kutlarken Hamilton, yarışın son turunun son virajında kuru zemin lastikleriyle devam ettiği için yavaşlamak durumunda kalan Timo Glock'u geçerek yarışı 5. bitirdi ve sezonu Massa'nın 1 puan önünde şampiyon kapattı. Hamilton'ın yavaşlayan Timo Glock'u kolay bir şekilde geçerek şampiyonluğunu ilan etmesi şike ve usulsüzlük iddialarını peşinde getirse de Glock, yağmurlu havada kuru zemin lastikleriyle yol tutuşunu çok zor bir şekilde ayarlayabildiği için yavaşladığını belirterek usulsüzlük iddialarını reddetti. 2008 yılında ilk şampiyonluğunu kazanan Hamilton, ayrıca 1996 yılında şampiyon olan Damon Hill'den beri dünya şampiyonu olan ilk Britanyalı pilot oldu. Ertesi sezon Hamilton, şampiyon olduğu 2008'e kıyasla başarısız bir sezon geçirerek 2 yarış zaferiyle sezonu 5. tamamladı.