Năm thứ hai Hamilton thi đấu bên cạnh tay đua đồng hương Jenson Button. Những thành tích sau vài chặng đầu tiên của mùa giải 2011 đã chứng tỏ chiếc xe mới - MP4-26 - của McLaren đã có bước phát triển khá tốt, hơn hẳn hai năm trước đó, mặc dù đã có rất nhiều lo lắng về tốc độ của nó ở những đợt chạy thử trước mùa giải.

Hamilton đã giành chiến thắng đầu tiên của mùa giải tại chặng đua thứ ba diễn ra tại Trung Quốc, khi anh vượt qua hàng loạt tay đua mạnh trước khi tấn công Sebastian Vettel ở những vòng cuối cùng để bước lên bục cao nhất. Trước đó, tay đua người Anh đã về nhì và tám lần lượt ở Australia và Malaysia.

Tại chặng đua tiếp theo diễn ra ở Thổ Nhĩ Kỳ, Hamilton chỉ về đích thứ tư. Ở chặng này, mặc dù xuất phát thứ 4 nhưng anh đã bị Alonso và Button vượt qua ở vòng đầu tiên do mắc lỗi tại cua số 3. Lần vào pit thứ 3 anh lại gặp sự cố khi thay bánh nên tụt xuống thứ 7, nhưng sau đó nhờ chiến thuật 4 lần vào pit giúp anh có bộ lốp mới nên anh đã giành lại vị trí thứ 4 từ tay Button đến khi về đích.

Vòng đua tại Tây Ban Nha sau đó hai tuần chứng kiến sự tiến bộ của chiếc MP4-26 khi Hamilton liên tục bám sát người dẫn đầu Vettel trong nửa sau cuộc đua, nhưng đối thủ của anh đã bảo vệ vững chắc vị trí với một chiếc xe cực mạnh và buộc Hamilton phải về đích thứ hai.

Monaco GP diễn ra sau chặng Tây Ban Nha là một cuộc đua khó khăn cho Hamilton, khi anh không thể thực hiện vòng chạy trong Q3 vì cờ đỏ được phất lên sau pha tai nạn của Perez (Sauber) khi vòng phân hạng còn lại hơn 2 phút, thành tích sau đó của anh cũng không được công nhận do lỗi cắt cua sau khi ra khỏi đường hầm. Hamilton xuất phát thứ 9 ngày Chủ Nhật, anh đã tấn công quyết liệt các tay đua phía trên và đã va chạm với Massa và Maldonaldo khiến hai tay đua này bỏ cuộc. FIA đã phạt Hamilton phải chạy qua pitlane (sự cố với Massa) và cộng thêm 20 giây vào thành tích cuối (sự cố với Maldonaldo), kết quả anh đứng thứ 6 chung cuộc.