Po podpise zmluvy s Mercedesom, ktorá trvala do roku 2020, bolo potvrdené, že Hamilton bude brániť svoj titul v roku 2020. Hamilton viedol jazdcovský žebrík väčšinu sezóny, bránil sa titulovým výzvam od spoluhráča Bottasa, Red Bulla Verstappena s motorom Honda a nedávno povýšeného Leclerca Ferrariho, aby získal svoju šiestu jazdcovskú korunu na Veľkej cene Spojených štátov v roku 2019 s dvoma zostávajúcimi pretekmi. Po jeho šiestej kariére Grand Slam v
V poslednom preteku sezóny ukončil Hamilton sezónu s 11 víťazstvami (rovná sa s jeho predchádzajúcimi najlepšími v rokoch 2014 a 2018) a 17 pódií (rovná sa so všetkým historickým rekordom po štvrtýkrát), ako aj s 5 pole positionmi. Jeho celkový počet 413 bodov za sezónu bol novým rekordom všetkých čias, keď Brit skončil o 87 bodov pred druhým umiestneným Bottasom.