Hamilton er bedst kendt for sit arbejde inden for højenergiastrofysik, især hans studier af sorte huller, aktive galaktiske kerner og kvasarer. Han er også kendt for sit arbejde i astronomiens historie og sine populærvidenskabelige skrifter. Han har udgivet over 100 videnskabelige artikler og adskillige populærvidenskabelige bøger, herunder *The Great Cosmic Cookoff:How Fusion Shapes the Universe* og *Journey Through the Universe*.
Hamilton blev født i Glasgow, Skotland, i 1953. Han modtog sin B.Sc. grad i fysik fra University of Glasgow i 1975. I 1977 modtog han en M.Sc. i astrofysik fra University of Oxford. I 1980 modtog han en ph.d. i astrofysik fra University of Cambridge.
Hamilton har haft en række forsknings- og undervisningsstillinger ved University of Cambridge, University of Waterloo og University of Victoria. I 1997 sluttede han sig til National Research Council of Canada som forsker. I 2002 blev han udnævnt til vicedirektør for Herzberg Institute of Astrophysics.
Hamilton er stipendiat i Royal Astronomical Society of Canada, American Astronomical Society og International Astronomical Union. Han er også medlem af Canadian Institute for Advanced Research. I 2011 blev han tildelt Herzberg-medaljen af Royal Astronomical Society of Canada.