Duncan Hamilton commence sa carrière sur une Maserati, en 1948.
En 1951, au volant d'une ERA type B, il termine troisième du Richmond Trophy, puis, avec une Talbot Lago T26, il prend la deuxième place lors de l'International Trophy.
Il participe ensuite aux Grands Prix de Grande Bretagne qu'il termine à la douzième place et d'Allemagne où il doit abandonner.
La même année, il s'inscrit au Mans sur une Nash-Healey et termine sixième.
En 1952, il monte de nouveau sur la troisième marche du podium lors du Richmond Trophy. Avec une HWM, il participe au Grand Prix d'Eifelrennen, où il prend la quatrième place. En championnat, toujours avec HWM, il participe aux Grand Prix de Grande Bretagne et des Pays Bas, et se classe septième de ce dernier.
En 1953, il décroche la sixième place lors de deux courses hors-championnat : l'Ulster Trophy et le Crystal Palace Trophy. Pour le Grand Prix de Grande Bretagne de F1, qui sera son dernier Grand Prix, il abandonne suite à un problème d'embrayage.
Mais cette année 1953 est surtout marquée par sa victoire au 24 heures du Mans au volant d'une Jaguar Type D qu'il partage avec Tony Rolt.
La saison suivante, les deux pilotes terminent deuxième. Il remporte ensuite toute une série de victoire en endurance: la Coupe de Paris à Montlhéry en 54 et 56. Puis les 12h de Reims en 56 avec Ivor Bueb. Il décroche aussi une troisième place lors des 1 000 kilomètres de Kristianstad en Suède sur une Ferrari partagée avec De Portago et Mike Hawthorn.
Après la mort d'un ami proche en 1959, Duncan arrête définitivement la course automobile pour se concentrer sur son garage.
Alicia