हैमिल्टन ने 2001 में ब्रिटिश फॉर्मूला रीनॉल्ट विंटर सीरीज के साथ अपनी कार रेसिंग करियर की शुरूआत की. परीक्षण में तीसरे लैप में ही कार के दुर्घटनाग्रस्त होने के बावजूद विंटर सीरीज में कुल मिलाकर वे पांचवे स्थान पर काबिज हुए. इसके बाद मेनोर मोटरस्पोर्ट के साथ पूर्ण 2002 फॉर्मूला रीनॉल्ट UK अभियान शुरू हुआ। तीन जीत और तीन पोल स्थान के साथ हैमिल्टन समग्र रूप से तीसरे स्थान पर रहे. वे एक और साल मेनोर के साथ रहे और अपने करीबी प्रतिद्वंदी अलेक्स लोयड की दो जीत और 377 अंक की तुलना में दस जीत और 419 अंकों के साथ चैंम्पियनशिप पर कब्जा किया। चैम्पियनशिप हासिल होने के बाद, हैमिल्टन, सीज़न की अंतिम दो रेस में हिस्सा न ले पाने के कारण ब्रिटिश फॉर्मूला थ्री चैंम्पियनशिप के सीज़न फाइनल में अपनी शुरूआत करने में पिछड़ गए। यहां वे कम सफल रहे: पहली रेस में पंचर के साथ उनको बाहर होना पड़ा, और दूसरे में टीम के सदस्य टोर ग्रेव्स के साथ टक्कर हो जाने से उनकी कार दुर्घटनाग्रस्त हो गई और उन्हें अस्पताल ले जाना पड़ा. उन्होंने मकाउ ग्रांड प्रिक्स और कोरिया सुपर प्रिक्स, दोनों में अपनी रफ्तार को प्रदर्शित किया, बाद वाले में उन्होंने पहले दौर में पोल स्थान के लिए क्वालिफाइंग हासिल की जो उनकी केवल चौथी F3 रेस थी। 2002 में उनसे अभी तक के सबसे कम उम्र के फार्मूला वन ड्राइवर बनने की संभावना के बारे में पूछे जाने पर, हैमिल्टन ने कहा कि उनका उद्देश्य F1 में सबसे कम उम्र का ड्राइवर बनने का नहीं है।.. [लेकिन] पहले अनुभव प्राप्त करना और फिर दिखाना कि मैं F1 में क्या कर सकता हूं." 

2004 के शुरूआत में हैमिल्टन और मैकलेरन के बीच एक विवाद हुआ जिसके परिणामस्वरूप मैकलेरन ने उन्हें अस्थायी रूप से निलंबित कर दिया था। बाद में 2004 में विलियम्स ने घोषणा की कि वे लोग उसे हस्ताक्षर करने ही वाले थे लेकिन BMW द्वारा, जो उस समय उनका इंजन आपूर्तिकर्ता था, हैमिल्टन के करियर के लिए निधि देने से मना करने के कारण ऐसा नहीं कर पाए. अंततः हैमिल्टन ने पुनः मैकलेरन के साथ हस्ताक्षर किया और 2004 फॉर्मूला थ्री यूरोसीरीज में मेनोर के साथ शुरूआत की. उन्होंने एक रेस में जीत हासिल की और चैम्पियनशिप में पांचवें स्थान के साथ हैमिल्टन का वर्ष समाप्त हुआ। उन्होंने यह बहरेन F3 सुपरप्रिक्स भी जीता और मकाउ F3 ग्रांड प्रिक्स के एक रेस में भाग लिया। हैमिल्टन ने पहली बार मैकलेरन के लिए 2004 के अंत में सिल्वरस्टोन में परीक्षण दिया.

2005 सीज़न के लिए हैमिल्टन, शीर्ष के यूरोसीरीज चैंपियन ASM चले गए और प्रतियोगिता पर अपना वर्चस्व कायम करते हुए 20 राउंड में से 15 में जीत हासिल की. यह जीत 16 हो जाती, लेकिन तकनीकी उल्लंघन के चलते स्पा-फ्रेनकोरचैम्प्स पर एक जीत के लिए वे अयोग्य ठहरा दिए गए, जिसने कई अन्य चालकों को भी अपनी चपेट में ले लिया। उन्होंने ज़ांडबोर्ट में भी मार्लबोरो मास्टर ऑफ फॉर्मूला 3 जीता. सीज़न के बाद ब्रिटिश पत्रिका "ऑटोस्पोर्ट" ने "2005 के शीर्ष 50 ड्राइवरों" वाले अंक में हैमिल्टन को शामिल करते हुए 24वें स्थान पर रखा.

2010 सीज़न
2008 सीज़न
फॉर्मूला रीनॉल्ट और फॉर्मूला थ्री
रेसिंग परिणाम