Po podepsání smlouvy s Mercedesem, která trvala do roku 2020, bylo potvrzeno, že Hamilton bude bránit svůj titul v roce 2020. Hamilton vedl po většinu sezóny v žebříčku jezdců, bránil se titulovým výzvám od spoluhráče Bottase, Red Bulla Verstappena s motorkou Honda a nedávno povýšeného Leclerca Ferrari, aby získal svou šestou korunu jezdců na Velké ceně Spojených států v roce 2019 s zbývajícími dvěma závody. Poté, co skóroval svůj šestý kariérní Grand Slam v
V závěrečném závodě sezony ukončil Hamilton sezonu s 11 vítězstvími (což odpovídá jeho předchozímu nejlepšímu výsledku v letech 2014 a 2018) a 17 pódií (což odpovídá historickému rekordu po čtvrté) a také získal 5 pole positionů. Jeho celkový počet 413 bodů za sezónu byl novým rekordem všech dob, když Brit skončil o 87 bodů nad Bottasem, který se umístil na druhém místě.