Det tog 72 brandmän fem timmar att släcka branden i Trebovir Road, Earl's Court, efter att ha kallats till ca 21:45 BST på söndag.
De räddade 12 personer inifrån byggnaden, tre från en granne och två från taket på en närliggande fastighet.
Ingen skadades, men 150 personer evakuerades.
Hela hotellets andra våning skadades av brand, tre fjärdedelar av tredje våningen och hela taket.
Stationschef Winston Douglas sa: "Detta var en allvarlig brand och besättningar och arbetade mycket hårt för att stoppa branden sprider."
Sjutton människor räddades efter en stor eldsvåda genom ett hotell och ett hyreshus i västra London.