Tras dejar el kart, Hamilton fue a correr, en 2002, a la Fórmula Renault Inglesa y se llevó el título en la temporada siguiente. En 2005, el inglés repitió la conquista, esta vez en la Fórmula 3 Europea, y se aproximaba aún más a la chance de la Fórmula 1.
En 2006, el piloto inglés fue la sensación en su temporada de estreno en GP2, último paso antes de la F1, y demostró su gran nivel ante el brasileño Nelsinho Piquet para ser campeón. Con ese resultado, Hamilton fue confirmado por McLaren para ser el compañero del español Fernando Alonso.
Su comienzo en la Fórmula 1 no pudo haber sido mejor. En su primer GP, el de Australia, finalizó tercero, y luego culminó segundo en Malasia, Bahrein, España y Mónaco. Su primera victoria llegaría en Montreal, en tanto que repetiría una semana después en Indianápolis. Pese a este impresionante comienzo, la figura de Hamilton comenzó a desdibujarse en la segunda parte de la temporada, a tal punto que perdió el titulo a manos de Kimi Raikkonen.