Детство Гамильтона прошло в Лондоне. С началом Второй мировой войны он не учился в школе. Его семья переехала в Дорсет, который является источником его вдохновения до сих пор. После войны семья Гамильтона возвращается в Лондон, а после окончания Дэвидом школы переезжает во Францию, где Гамильтон проживает до сих пор.
Гамильтон работает сначала архитектором. В 20 лет он отправляется в Париж, где работает графическим дизайнером у Питера Кнаппа (Peter Knapp) в журнале ELLE. После чего переезжает в Лондон на должность арт-директора журнал Queen. Некоторое время поработав в Лондоне он возвращается в Париж, став арт-директором Printemps. Дэвид начинает заниматься коммерческой фотографией, и его уникальный стиль быстро приносит ему успех.
Его работы печатаются в Realites, Twen и Photo. К концу шестидесятых снимки Хэмилтона становятся узнаваемыми. Его дальнейший успех сопровождается десятками альбомов с миллионными тиражами, пятью фильмами и огромным количеством выставок. В 1975 г. Роб-Грийе в знак своего преклонения перед фотографом даёт его имя главному герою своего романа «Топология города-призрака». В декабре 1977, одновременно с выпуском фильма Bilitis, в галерее Images Gallery в Нью-Йорке проходит выставка работ фотографа. В 2003 его стиль мягкого фокуса возвращается в ведущие издания моды: Vogue, ELLE и другие.
Гамильтон ? самый знаменитый фотограф, снимающий детскую наготу. Характерными для противников Гамильтона являются слова Гленна Холланда, 73-летнего фотографа из Сан-Тропе: «Мы глубоко огорчены и разочарованы тем, что Дэвид Гамильтон является одним из самых успешных фотографов мира. Его книги продаются миллионами». Основные обвинения в детской порнографии звучат из Северной Америки и Британии. В конце 1990-х консервативно настроенные американские христиане протестовали около книжных магазинов, продающих книги Гамильтона. Их усилия не дали результатов. В 2005 году полиция графства Суррей на юге Великобритании объявила книги Дэвида Гамильтона вне закона. Позже полиция была вынуждена принести публичные извинения за необоснованные обвинения, сделанные детективом Саймоном Леджером, и заявить, что оснований для запрета работ Гамильтона нет.