A 2008-as szezonnyitó Auszrál Nagydíjat megnyerte, míg új csapattársa, Heikki Kovalainen ötödik lett. A maláj nagydíjon Nick Heidfeld és Fernando Alonso feltartása miatt csapattársával öt-öt helyes rajtbüntetést kaptak. A versenyen a 9. pozícióból indulva az 5. helyet szerezte meg. A bahreini nagydíj pénteki szabadedzésén kicsúszott és összetörte az autóját, de sérülést nem szenvedett. A futamon előbb beragadt a rajtnál, majd a második körében hátulról beleütközött előző évi csapattársa, Alonso autójába. Első légterelőjének cseréje miatt megváltoztatták a boxtaktikáját, és a verseny első felét nagy üzemanyagmennyiséggel futotta végig. A taktika nem vált be és a pontot nem érő 13. helyen fejezte be a versenyt.

Az év első európai versenyén, a spanyol nagydíjon ismét dobogóra állhatott, ezúttal egy harmadik hellyel. Energikus startjának és Alonso kiesésének köszönhetően az utolsó körökben is versenyben volt a győzelemért, de a Ferrari versenyzőit, Massát és Räikkönent már nem tudta megelőzni, pedig kemény keverékű gumijain gyorsabb volt a verseny utolsó szakaszában. Mivel Nick Heidfeld egy rosszkor végrehajtott boxkiállásért kapott büntetése miatt nem szerzett pontot a versenyen, az egyéni világbajnokságban a második helyre lépett elő. Törökországban a 3. helyről indulhatott, de hamar feljebb lépett, mert csapattársa, Kovalainen beragadt a rajtnál. Tanulva az egy évvel korábbi versenyből, ahol defekt miatt veszített fontos helyezéseket, háromkiállásos taktikával versenyzett. Így egyik készlet gumiabroncsát sem használata 17 körnél tovább és könnyű autóval tartani tudta a lépést Massával, akit az első boxkiállások után meg is előzött. Azonban nem tudott elegendő előnyt szerezni ahhoz, hogy előtte maradjon a harmadik kiállása után is, csak a rajtnál visszaeső Räikkönent tudta maga mögött tartani.

A monacói nagydíj időmérő edzésén a második sorba kvalifikálta magát, a két Ferrari mögé. A hercegségben 12 év múltán újra esett az eső a futamon, jeletősen megnehezítve a versenyzők dolgát. A rajtnál megelőzte Räikkönent, és az élen haladó Massával is tartotta a lépést, amikor a Tabac kanyarban kissé kifarolt és nekiütötte a jobb hátsó kerekét a falnak. Defektet kapott, de szerencse a szerencsétlenségben, hogy közel volt a boxutcához, így nem vesztett sok időt a kerékcserével. Kihasználva a kényszerű kiállást, változtattak a versenytaktikáján: nagyon sok benzint töltöttek az autóba, így a verseny második felében, amikor a vetélytársaknak már mind ki kellett állni, Hamilton továbbra is gyors köröket tudott autózni egyre kopó, de a felszáradó pálya miatt éppen ezért egyre jobban tapadó átmeneti gumijain. A második kiállásának időpontját sikerült úgy megválasztani, hogy pont akkorra essen, amikor a pálya már alkalmas volt száraz gumikkal való versenyzésre is. Így mindig olyan abroncsokon tudott futni, ami az adott körülmények között legmegfelelőbbek voltak. Mindezeknek köszönhetően már mintegy 20 másodperces előnye volt az élen, amikor Nico Rosberg balesete miatt beküldték a biztonsági autót, és az üldözők ismét felzárkózhattak mögé. Győzelméhez azonban az újraindítás után sem férhetett kétség, pályafutása hatodik győzelmével 1968 óta ismét brit versenyző végzett az élen a monacói nagydíjon. Hamilton élete egyik legjobb futamának titulálta a versenyt,[4] amely után – mivel Räikkönen csak kilencedik lett és nem szerzett pontot – átvette a vezetést az egyéni világbajnokságban.

A kanadai nagydíjon megszerezte a pole pozíciót, és a versenyben vezetett is, egészen az első boxkiállásig. Ekkor a Safety Car mögül az egész élmezőny kijött a boxba, közvetlenül egymás mögött. A bokszutca kijárata még zárva volt. Räikkönen és Kubica megálltak a piros lámpánál, Hamilton viszont nem figyelt, ezért hátulról Räikkönennek ütközött. Rosberg hasonlóan járt, ő Hamiltont találta el hátulról. Räikkönennel kiestek, Rosberg folytatni tudta a versenyt. Figyelmetlen vezetésért azonban ő és Rosberg tíz-tíz helyes rajtbüntetést kaptak a következő futamra. A nagydíjat a pályafutása első győzelmét szerző Kubica nyerte, Hamilton elvesztette a vezető helyét a pontversenyben.

Franciaországban így hiába lett harmadik az időmérő edzésen, csak a 13. helyről rajtolhatott. Az első körben csak egy sikánt levágva tudta megelőzni Sebastian Vettelt, amiért bokszutca-áthajtásos büntetést kapott. Ezzel elvesztette az esélyét a pontszerzésre, a mezőny végéről szép előzésekkel felzárkózva 10. lett. Mivel kétszer egymás után nem szerzett pontot, a világbajnokság negyedik helyére szorult vissza, Räikkönen mögé.[5]

A hazai nagydíján csak a negyedik helyre kvalifikálta magát, de néhány kör alatt feljött az élre. Az esős futamon csak egyszer hibázott, és végül hatalmas fölénnyel megnyerte hazai futamát. Utoljára 2000-ben nyert itt brit versenyző: David Coulthard. Mivel Massa nem szerzett pontot, Räikkönen pedig negyedik lett, hármas holtverseny alakult ki a pontverseny élén, közülük Hamilton állt az első helyen, mert neki voltak a legjobb helyezései.

Németországban megszerezte a pole pozíciót, és a versenyen fokozatosan kezdett elnyúlni Massától. A boxikállások után is vezette a versenyt. A 36. körben Timo Glock összetörte a Toyotát, amiért be kellett hívni a Safety Cart. A mezőny nagy része kiment a boxba, Hamilton azonban kinnmaradt. Amikor másodszor is kiállt, akkora előnye volt, hogy a 4. helyezett csapattársa mögé tudott kijönni, aki el is engedte. Hamilton hamar megelőzte Massát is és Piquet is, így megnyerte a versenyt.

A Hungaroringen ismét a pole-ból rajtolt. A mögötte induló Felipe Massa már az első kanyarban megelőzte. A 40. körben azonban a második helyről is le kellett mondania, mert defektet kapott, mire beért a boxba csak a 10. helyre tudott visszaérni. Szerencséjére a két kiállásos taktikán versenyzőknek még ki kellett menniük szervizelésre, így a 5. helyre hozta be a McLarent, Massa motorhibája révén. A versenyt csapattársa, Heikki Kovalainen nyerte, de ettől függetlenül Hamilton még a világbajnoki pontverseny élén maradt.

Az európai nagydíjon, Valenciában az első rajtsorból indulhatott Massa mögül. A rajt nagyon simán alakult. Massa megőrizte vezető helyét, és az első kör végén máris tekintélyes előnye volt a második helyezett Lewis Hamilton előtt. Nem okozott nagy meglepetést, hogy az élen álló Massa állt ki elsőként a bokszba. A brazil a 15. körben ejtette meg az első tankolását és kerékcseréjét, és éppen csapattársa, az 5. helyen tengődő Räikkönen elé jött vissza. Ekkor minden szempár Hamiltonra szegeződött, aki azonban csak két körrel tudott tovább kint maradni, így nem volt esélye Massa elé kerülni, ráadásul ő Räikkönen mögé állt vissza - igaz, a finn nem sokkal később maga is kiállt szervizelni. A leintésig nem történt változás, tehát Felipe Massa megnyerte az európai nagydíjat. Lewis második lett.

A belga nagydíj időmérőjén Lewis megszerezte az első rajtkockát, így pole pozícióból rajtolhatott. A belga nagydíjon vizes aszfalton rajtolt el a mezőny, és a befutónál is esett az eső. Az utolsó három körben aztán már tényleg esett az eső, és végül ez eldöntött mindent. Hamilton utolérte a végig vezető Kimi Räikkönent, és meg is előzte a finnt, igaz, vitatott módon, hiszen a célegyenesre ráfordító kanyart levágta, majd a célegyenesben vissza engedte maga elé riválisát, ám az egyenes végén bevágott elé. Roppant izgalmas hajrát követően Lewis Hamilton nyert Spa-Francorchamps-ban, miután Kimi Räikkönen két körrel a leintés előtt a vizes aszfalton kicsúszott és összetörte autóját. A futam után a versenybírók döntése alapján Lewis Hamilton 25 másodperces büntetést kapott, így a belga nagydíj győztese Felipe Massa lett, a mclarenes a harmadik helyre csúszott vissza.
A rajongói aláírásokat gyűjtötek és nyújtottak be az FIA-nak, hogy tekintsen el Hamilton büntetésétől. Az ügy újratárgyalására szeptember 22-én került sor, ekkor végleg eldőlt, hogy Massa nyerte a belga nagydíjat.

Szakadó esőben rendezték az olasz nagydíj időmérő edzését, amely a várakozásoknak megfelelően megkeverte a lapokat. Így fordulhatott elő, hogy a Toro Rosso fiatalja, Sebastian Vettel szerezte meg a pole pozíciót Heikki Kovalainen előtt. Lewis Hamilton, Kimi Räikkönen és Robert Kubica már a középső etapban elbúcsúztak. A versenyen Hamilton energikus vezetéssel, sokakat megelőzve a 7. helyen végzett. A nagydíjat Vettel nyerte, ő lett minden idők legfiatalabb győztese. Szingapúrban Hamilton Massa mögé szorult az időmérő edzésen. A futamon is mögötte haladt, amikor Piquet balesete miatt beküldték a biztonsági autót és az addig mögöttük haladók eléjük kerültek. Massa bokszutcai balesete miatt az utolsó helyre esett vissza. Hamiltonnak sikerült felzárkózni és a harmadik helyre jött föl, míg Massa csak a 13. helyen ért be. A futamot a tavalyi csapattárs, Alonso nyerte.

A japán nagydíjon pole pozícióból indudt, de visszaesett, amikor egy túl késői fékezéssel megpróbálta maga mögött tartani Räikkönent. Amikor Massát előzte vissza, amaz háturól meglökte, és el kellett engednie a komplett mezőnyt, mielőtt helyes irányba tudott fordulni. Räikkönen leszorításáért bokszutca-áthajtásos büntetést kapott, ahogy Massa is az ő meglökéséért. A 12. helyen, pont nélkül végzett, míg Massa a 8. helyével egy pontot tudott lefaragni a hátrányából. A versenybírók a futam után 25 másodperces büntetéssel sújtották az eredetileg 6. helyen leintett Sébastien Bourdais-t, Massa így elõrelépett a 2 pontot érõ 7. helyre, és így 5 ponttal maradt le a 84 pontos Hamiltontól. Kubica második helyével 12 pontra csökkentette a hátrányát, míg Räikkönen elvesztette esélyét a címvédésre. A dobogó tetejére Alonso állhatott fel.
Hamilton Kínában

Hamilton Kínában rajt-cél győzelmet aratott. Mögötte a verseny nagy részében Räikkönen-Massa sorrendben haladtak mögötte a Ferrarik, de néhány körrel a vége előtt Räikkönen lelassult és elengedte Massát, akin Hamilton így 2 pontot hozott. Kubica hatodik helyével kiszállt a világbajnoki küzdelemből.

A szezonzáró és világbajnoki címet eldöntő brazil futamon csak a 4. pozíciót szerezte meg az időmérő edzésen, ami azt jelentette, hogy ha Massa nyer, Hamiltonnak legalább az 5. helyen kell végeznie. A verseny hihetetlen izgalmakat hozott. Massa magabiztosan nyerte a futamot, Hamilton pedig tudta tartani az ötödik helyet, a vége előtt 2 körrel azonban Sebastian Vettel megelőzte, amivel visszacsúszott a 6. helyre. A Ferrari csapat már ünnepelt, azonban korai volt az öröm, hiszen a vége előtt egy kanyarral Hamilton, az immár szakadó esőben, utolérte a száraz pályára való gumikon csúszkáló Timo Glockot. Ezt kihasználva Hamilton meg tudta előzni őt, s így bejött az ötödik helyre, amivel a világbajnokságot 98 ponttal, egy pont előnnyel megnyerte.

2008-ban Lewis Hamilton lett minden idők legfiatalabb Formula–1-es világbajnoka.[3] Csapata, a McLaren azonban alulmaradt a Ferrarival szemben a konstruktőri világbajnokságban.[6]