Hills Rennfahrerkarriere begann im relativ hohen Alter von fast 30 Jahren und auf Umwegen. Nach einer Lehre beim Instrumentenhersteller Smiths sowie einer Dienstzeit bei der Marine fing er Ende der 1950er Jahre als Mechaniker bei Colin ChapmansLotus-Team an. 1960 wechselte er als Fahrer zu B.R.M. und gewann 1962 die Weltmeisterschaft. Zurück bei Lotus trug Hill 1967 maßgeblich zur Erprobung des neuartigen Typs Lotus 49 mit dem Ford-Cosworth-Motor bei. Nachdem Anfang 1968 bei Lotus der zweifache Weltmeister Jim Clark auf dem Hockenheimring und Mike Spence bei Testfahrten für das Indianapolis 500 tödlich verunglückt waren, konnte Hill die Moral im Team wieder aufbauen und seinen zweiten WM-Titel erringen.
Das Jahr 1969 war weiterhin von Unfällen überschattet. Sie gingen meist auf technische Probleme zurück, die aus der Leichtbauweise von Chapmans Wagen resultierten. Grotesk anmutende Flügelaufbauten verstärkten die Risiken, bevor die Regeln geändert wurden. Der 40-jährige Hill überlebte einen Unfall in Watkins Glen mit schweren Beinbrüchen. Nach der Genesung setzte er die Karriere fort, konnte jedoch an seine früheren Erfolge nicht mehr anknüpfen. Er gewann zwar noch auf Brabham ein nicht zur Weltmeisterschaft zählendes F1-Rennen, doch konnte er sich am Ende nicht mehr in Monaco qualifizieren, wo er fünfmal gewonnen hatte. Dafür war er jetzt auf Sportwagen siegreich, er gewann 1972 die 24 Stunden von Le Mans, die er bereits 1964 als Zweiter beendet hatte.
Nach einer erfolglosen Saison als Privatfahrer eines Shadow DN1 gründete Hill Ende 1973 mit Fahrzeugen von Lola unter dem Namen Embassy Hill sein eigenes Team. Das Unternehmen war jedoch vom Pech verfolgt. Beim Rennen in Barcelona 1975 verunglückte Rolf Stommelen schwer, zahlreiche Zuschauer starben. Hill konnte sich in diesem Jahr auch nicht für die Großen Preise von Südafrika und Monaco qualifizieren und trat anschließend vom aktiven Rennsport zurück.
Ende November 1975 stürzte die Piper Aztec, die Hill sich von der Siegprämie für das Indy 500 gekauft hatte und selbst pilotierte, beim Anflug auf das Elstree Airfield in dichtem Nebel über der Ortschaft Arkley, Nordlondon, ab. Neben Hill kamen fünf weitere Mitglieder des Embassy-Hill-Teams dabei ums Leben, unter ihnen Tony Brise, eine große britische Formel-1-Hoffnung.
Hill war seit 1955 mit Bette verheiratet. Das Paar hatte drei Kinder, der Sohn Damon wurde 1996 mit Williams-Renault Formel-1-Weltmeister. Er übernahm dabei das charakteristische Design des preußischblauen Helms seines Vaters, auf dem weiße Ruder auf den Londoner Ruderclub verweisen.
Autobiografie: Graham Hill: Life at the Limit Kimber, London 1969, ISBN 0-7183-0281-8 (in deutscher Sprache: Kalkuliertes Risiko.) Motorbuch-Verlag, Stuttgart 1971.
Simon Arron: Graham Hill. Hazleton Publishing, Richmond 1992, ISBN 0-905138-86-4 (in englischer Sprache).