Allekirjoittamalla sopimuksen Mercedeksen kanssa vuoteen 2020 saakka, - Hamiltonin vahvistettiin puolustavan mestaruuttaan vuonna 2020. Hamilton johti kuljettajien joukkuetta suurimman osan kaudesta, torjuttaen Bottasin, Verstappenin Red Bullin ja Ferrarin hiljattain ylennyksen saaneen Leclercin haasteet, ja voitti kuudennen kuljettajien kruununan vuoden 2019 Yhdysvaltain Grand Prix -kilpailussa, kun kaksi kilpailua oli jäljellä. Kun hän teki uransa kuudennen Grand Slamin kauden viimeisessä kisoissa.
, Hamilton lopetti kauden 11 voitolla (paremman ennätyksensä vuonna 2014 ja 2018) ja 17 pallopistettä (paremman ennätyksen neljännen kerran) sekä saavutti 5 pole-asemaa. Hänen 413 pisteensä kaudella oli uusi ennätys, kun brittiläinen pääsi 87 pistettä toisen sijan Bottasista.