אלטינטופ הגיע לבאיירן מינכן לאחר שזו כשלה בעונת 2006/07 להגיע לליגת האלופות, ובנתה סגל חדש, כאשר יחד עם אלטינטופ הגיעו לקבוצה גם פרנק ריברי, לוקה טוני ומירוסלב קלוזה, וזה רוברטו ששב לקבוצה לאחר שנה בברזיל. כבר עם הגעתו לקבוצה, זכה אלטינטופ עם באיירן מינכן בגביע הליגה הגרמנית, כאשר בדרך לגמר הבקיע שער מ-30 מטרים בניצחון 4-1 על ורדר ברמן, ובגמר ניצח 1-0 את שאלקה 04, במשחק בו שיחק מול אחיו. בעונה הראשונה של חמיט אלטינטופ בבאיירן מינכן, זכתה הקבוצה בדאבל, לאחר שאלטינטופ כבש שלושה שערי ליגה ב-23 משחקים. בגביע אופ"א נחלו אלטינטופ ובאיירן מינכן אכזבה כאשר הודחו בחצי הגמר על ידי זניט סנט פטרסבורג לאחר הפסד 4-0 במשחק הגומלין, בו אלטינטופ לא שיחק. בעונת 2008/09 לא זכו אלטינטופ ובאיירן מינכן בתארים, ואיבדו את האליפות לוולפסבורג. אלטינטופ ערך בעונה זו 11 הופעות בלבד, והבקיע שני שערים. בעונת 2009/10 החזירו אלטינטופ ובאיירן מינכן את התארים המקומיים כאשר זכו בדאבל נוסף. אלטינטופ ערך 15 הופעות ליגה בעונה זו, ונכנס כמחליף בגמר הגביע הגרמני בו הביסה באיירן מינכן את ורדר ברמן בתוצאה 4-0. בעונה זו, הגיע אלטינטופ עם באיירן מינכן לגמר ליגת האלופות 2010, בו הפסידה הקבוצה 2-0 לאינטר מילאנו. אלטינטופ פתח בגמר זה, והוחלף בדקה ה-63 במירוסלב קלוזה שנכנס כחילוף התקפי במצב של 1-0 לאינטר. עונת 2010/11 הייתה האחרונה של אלטינטופ בבאיירן מינכן. בעונה זו הבקיע אלטינטופ שני שערי ליגה ב-14 הופעות. באיירן מינכן סיימה שלישית בבונדסליגה בעונה זו, ונשארה בלי תארים, כאשר גם מליגת האלופות הודחה הקבוצה כבר בשמינית הגמר על ידי אינטר מילאנו. בתום עונה זו, עבר אלטינטופ לריאל מדריד בהעברה חופשית, לאחר שלא צלחו המגעים בינו לבין באיירן מינכן להארכת החוזה.