Hill začal jezdit na plný úvazek pro tým Ferrari Formule 1 v roce 1959, získal tři pódium a čtvrté místo v šampionátu jezdců. V roce 1960 vyhrál Grand Prix Itálie.
v Monze, první Grand Prix vítězství pro amerického řidiče za téměř čtyřicet let (kromě Indianapolis 500, kdysi součást Grand Prix World Championship série), protože Jimmy Murphy vyhrál 1921 francouzské Grand Prix. Toto se také ukázalo být posledním vítězstvím vozu s předním motorem ve formuli 1. Následující sezónu vyhrál Hill Velkou cenu Belgie a s zbývajícími dvěma závody za sebou v pořadí sezony pouze jeho týmový kolega z Ferrari Wolfgang von Trips. Při havárii během Velké ceny Itálie zahynul von Trips a čtrnáct diváků. Hill vyhrál závod a získal titul šampiona, ale triumf byl hořkosladký. Rozhodnutí Ferrari nejezdit do Ameriky na závěrečné kolo sezóny připravilo Hilla o příležitost zúčastnit se domácího závodu na Watkins Glen jako nově korunovaného šampiona světa. Když se vrátil na další sezónu, jeho poslední s Ferrari, Hill řekl: "Už nemám tolik potřebu závodit, vyhrát. Už nemám tolik hladu. Už nechci riskovat sebevraždu".