Hamilton har kört för Mercedes sedan 2013.
Den sjufaldige F1-mästarens nya kontrakt sträcker sig till slutet av säsongen 2025.
"Vi drömmer varje dag om att vara bäst och vi har dedikerat det senaste decenniet tillsammans för att uppnå det målet", säger 38-årige Hamilton i ett uttalande.
"Att vara i toppen sker inte över en natt eller under en kort tidsperiod, det kräver engagemang, hårt arbete och dedikation och det har varit en ära att ta sig in i historieböckerna med detta otroliga stall."
Utöver Hamilton har även George Russell förlängt sitt kontrakt med Mercedes.
I helgen körs nästa F1-deltävling i italienska Monza, där har Hamilton har vunnit fem gånger under karriären. Dock inte sedan 2018.