Au volant de sa McLaren-Mercedes, Hamilton, vainqueur du Grand Prix du Canada la semaine dernière, a devancé d'une seconde et demie son coéquipier Fernando Alonso, double champion du monde en titre.
Le Britannique de 22 ans, parti en pole position comme au Canada, compte désormais 10 points d'avance sur Alonso au championnat du monde (58 contre 48).
Le premier pilote noir de l'histoire de la F1 a terminé sur le podium des sept courses disputées cette saison.
«En commençant la saison, j'étais réaliste et je ne m'attendais jamais à un tel succès, mais j'espérais bien faire, a dit Hamilton. J'espérais peut-être réussir un podium à un moment donné. Ce qui m'arrive est complètement fou.»
Le pilote Ferrari Felipe Massa a terminé troisième, à 12.8 secondes, devant son équipier Kimi Raikkonen et Heikki Kovalainen (Renault). Massa est troisième du classement du championnat du monde, avec 39 points.
Hamilton, qui effectue sa première saison en F1, et Alonso ont signé le troisième doublé McLaren de la saison, mais cette fois avec Hamilton devant, contrairement à ce qui s'était passé au Grand Prix de Malaisie au mois d'avril et à Monaco le mois dernier.
Alonso a tenté sans succès de dépasser son équipier moins expérimenté au départ. Hamilton a réussi à rester devant et a résisté à la pression tout au long des 73 tours du circuit urbain de 4,192 kilomètres d'Indianapolis.
Dans le 39e tour, Alonso a de nouveau eu sa chance. Dans la ligne droite des stands, l'Espagnol s'est porté à la hauteur de son adversaire mais n'a pas pu le dépasser.
L'issue de la course est restée incertaine jusqu'au 47e tour, quand Alonso a bloqué ses pneus avant de partir dans l'herbe, permettant à Hamilton de porter son avance à 2,5 secondes.
«Ce n'est pas facile de suivre une voiture de si près, a mentionné Alonso. J'ai eu ma chance au 39e tour, mais il n'a pas fait d'erreurs et je n'ai pas pu saisir l'occasion.»
Certaines reportages prétendaient plus tôt cette semaine qu'Alonso croyait que McLaren accordait un traitement de faveur à Hamilton, mais cela semble peu refléter la réalité à la lumière de la chaude accolade que se sont donnés les coéquipiers près du podium.
Hamilton et Alonso se sont ensuite retournés pour saluer la foule en arborant de larges sourires, le bras sur l'épaule de l'autre.
«Nous sommes très très proches sur la piste, et je pense que nous nous rapprochons de plus en plus en dehors de la piste, a confié Hamilton.
«Je crois que nous avons un respect grandissant l'un envers l'autre. Nous sommes très contents pour l'équipe. Je suis tout simplement fier et honoré d'être à ses côtés, parce qu'il a toujours été un modèle pour moi ces dernières années.»
Au volant d'une BMW Sauber, Sebastian Vettel, 19 ans, a réussi ses débuts en se classant huitième, ce qui lui a permis d'empocher le dernier point attribué. Il remplaçait Robert Kubica, accidenté la semaine dernière au Grand Prix du Canada.