Max Verstappen (25 ans) a gagné depuis la pole position et avec le tour le plus rapide alors que les champions en titre célébraient une dixième victoire consécutive et la neuvième en autant de courses cette saison.
Charles Leclerc (25) a terminé deuxième, à 5.155, pour le 800e podium de Ferrari, tandis que Sergio Perez (33) s'est battu pour revenir de la 15e place au départ.
"La voiture était en feu aujourd'hui", a déclaré Verstappen après sa 42e victoire en carrière, qui lui permet de dépasser le record du grand Brésilien Ayrton Senna.
Derrière le trio de tête, le résultat a été confus après que les commissaires ont fait droit à une protestation d'Aston Martin et ont examiné plus de 1 200 infractions potentielles aux limites de la piste avant d'appliquer des pénalités rétrospectives.
Le résultat final a vu Carlos Sainz (28) de Ferrari passer de la quatrième à la sixième place, tandis que Lando Norris (23) de McLaren et Fernando Alonso (41) d'Aston Martin ont fait le chemin inverse, passant respectivement à la quatrième et à la cinquième place.
Le septuple champion du monde de Mercedes Lewis Hamilton (38) est passé de la septième à la huitième place, derrière son coéquipier George Russell (25), tandis que Lance Stroll (24) d'Aston Martin est monté à la neuvième place et que Pierre Gasly (27) d'Alpine est descendu à la dixième place.
Sainz, Hamilton, Gasly, Alex Albon (27) et Logan Sargeant (22) de Williams, Esteban Ocon (26) d'Alpine, Nyck de Vries (28) et Yuki Tsunoda (23) d'AlphaTauri et Kevin Magnussen (30) de Haas ont tous été pénalisés, certains deux fois.
Les pilotes avaient veillé à ce que les commissaires soient occupés en signalant par radio pendant la course chaque fois qu'ils voyaient un rival dépasser les limites.
"Perez est complètement sorti au virage 10, a-t-il déjà eu une pénalité ?", a demandé Hamilton après avoir reçu la première de ses deux pénalités de cinq secondes. "S'ils distribuent ce genre de choses, autant qu'ils le sachent.
UNE SITUATION SANS PRÉCÉDENT
Les commissaires ont reconnu, en confirmant l'appel d'Aston Martin, qu'il y avait eu tellement d'infractions que certains pilotes n'avaient pas été pénalisés alors qu'ils auraient dû l'être.
"En raison des spécificités du tracé du circuit et de la propension de nombreux pilotes à sortir à plusieurs reprises des limites de la piste, une situation sans précédent s'est produite", a déclaré un porte-parole de la FIA.
Il a précisé que la FIA recommanderait au circuit, qui a un contrat jusqu'en 2030, d'ajouter un bac à graviers à la sortie des virages 9 et 10 pour les prochaines courses.
Verstappen a repoussé un défi fougueux de Leclerc au départ, avec la voiture de sécurité déployée pour que les commissaires ramassent les débris d'une collision entre Tsunoda et Ocon.
L'abandon de Nico Hulkenberg(35) au 14e tour a déclenché une voiture de sécurité virtuelle, l'Allemand se rangeant dans sa Haas fumante, et une flopée de ravitaillements, mais Verstappen et Perez sont restés à l'extérieur.
Le champion est ensuite rentré dans le rang au 26e tour, mettant fin à une série phénoménale de 249 tours de course menés successivement depuis le Grand Prix de Miami en mai, et a rétrogradé à la troisième place.
Verstappen a repris la tête au 35e tour sur 71, après avoir écarté Sainz et creusé un écart de sept secondes avec Leclerc, programmant son passage à la perfection pour empêcher le Monégasque de riposter avec le DRS.
A la fin, Verstappen avait tellement de temps dans les jambes qu'il est passé aux pneus tendres dans l'avant-dernier tour pour s'emparer du point de bonus du tour le plus rapide de Perez.
La manœuvre aurait pu se retourner contre lui, mais l'équipe des stands a réagi de manière impeccable.
Une minute de silence a été observée avant le départ en hommage au pilote néerlandais Dilano van't Hoff, 18 ans, qui a perdu la vie lors d'une course de la série junior sur le circuit belge de Spa-Francorchamps samedi dernier.
Cette course était également la première en Autriche depuis le décès du propriétaire de l'écurie Red Bull, Dietrich Mateschitz, en octobre dernier.
