Hill se narodil 15. února 1929 v Londýně a po dokončení vojenské služby v roce 1952 neuměl ještě vůbec řídit, koupil si tedy Morris Eight a pomalu se učil. Jako veslař se přidal k London Rowing Clubu a právě z veslování pochází design jeho helmy, který později převzal i syn Damon Hill. Tmavě modrá byla právě klubovou barvou a osm bílých pruhů reprezentovalo pádla.
V roce 1953 odpověděl na inzerát a v Brand Hatch dostával 5 šilinků za kolo s 500 cc Formulí 3. Svůj první závod v F3 jel s Cooperem – JAP o rok později a na stejné trati skončil čtvrtý. Později dokázal přemluvit Colina Chapmana a začal pro Lotus pracovat jako mechanik. Mezitím se účastnil nejrůznějších závodů, když se mu podařilo získat místo na startu.
Jeho velká chvíle přišla v roce 1958, kdy řídil tovární Lotus 16 Climax ve Velké ceně Monaka. Hill se při své premiéře v F1 propracoval až na čtvrté místo. Později však musel odstoupit.
V roce 1960 se Graham přidal k BRM a postupně s autem získával pevnou půdu pod nohama, až přišla sezona 1962 a v prvním závodě na Zandvoortu v Holandsku slavil své první vítězství ve Formuli 1. To však nebylo zdaleka vše a po dalších výhrách v Německu, Itálii a Jižní Africe Brit získal nečekaný titul mistra světa.
V příští sezoně Hillovi oplatil porážku Jim Clark a na Grahama tentokrát zbyla stříbrná pozice. Získal výhry v Monaku a USA a právě tento rok započal svoji skvělou sérii v Monte Carlu, kde dokázal v následujících letech vyhrát ještě čtyřikrát a s pěti výhrami se dodnes dělí s Michaelem Schumacherem o druhé místo nejúspěšnějších jezdců v této Velké Ceně. Nejvýrazněji zde exceloval v roce 1965, kdy nejprve bezpečně vedl, ale po problémech se propadl na páté místo a na vedoucího Jackie Stewarta ztrácel 32 sekund. Hill to ale nevzdal, dokázal zdánlivě nesmazatelnou ztrátu dohnat a dojel si pro prvenství.
V roce 1966 ovládl Indianapolis 500, kde řídil Lolu T90-Ford. Nebylo to vítězství bez dohadů, když někteří jezdci Hilla vinili z hromadné nehody v prvním kole, kvůli které byl závod odstartován znova. Navíc se objevilo plno pochybností o tom, že časoměřiči chybou poškodili Jima Clarka a Hill tak získal výhodu, ale výhru už mu nikdo vzít nemohl.
V roce 1967 se Graham Hill vrátil k Lotusu, kde pomáhal s vývojem nové 49. Lotusy však v té době byly velmi křehké a nebezpečné a začátkem příštího roku přišli o život Jim Clark i Mike Spence, ale Hillovi se na konci sezony podařilo získat druhý mistrovský titul. Nehodám se však nevyhnul ani on. V roce 1969 boural nejprve ve Španělsku a pak následně přišla vážnější nehoda v USA, při které si zlomil obě nohy.
V té době už mu bylo 40 let, ale kariéru končit nehodlal. Po rekonvalescenci řídil soukromý Lotus Roba Walkera a pro sezonu 1971 se přesunul do Brabhamu, kde si připsal své poslední vítězství v F1, když v Silverstone vyhrál International Trophy.
V roce 1972 Hill svoji kariéru korunoval výhrou v Le Mans, kde za volantem Matra-Simca MS670 vytvořil dvojici s Henri Pescarolem. Příští rok se Graham vrátil do F1, tentokrát se svým vlastním týmem Embassy Hill. Nejprve řídil auto sám, ale v roce 1975 aktivní kariéru ukončil.
Dvojnásobný mistr světa přišel o život 29. listopadu 1975, když pilotoval svůj Piper Aztec. Hill a dalších pět členů týmu se vracelo z testování ve Francii, letadlo se dostalo do husté mlhy a zřítilo se blízko golfového hřiště v Arkley na severu Londýna. Nikdo z nich havárii nepřežil.
