Hannah est née à Chicago, de Susan, productrice, et de Don Hannah, un propriétaire d'une compagnie de remorqueurs et de barges. Ses parents divorcèrent peu après sa naissance et sa mère se remaria avec Jerrold Wexler, un homme d'affaires et frère de Haskell Wexler, un cinéaste connu.
Hannah, végétarienne depuis l'âge de sept ans, grandit avec un sentiment de rivalité envers Don et Page Hannah, et sa demi-soeur Tanya Wexler. Elle fréquenta l'école Francis Parker et le Chicago Latin School à Chicago jusqu'à la terminale quand elle déménagea à Parker. Enfant, elle perdit le bout de son index gauche dans un accident (dans ses films, elle porte souvent une prothèse au niveau de l'empreinte digitale).
A cause de ses insomnies, elle s'intéressa très tôt au cinéma . Elle était très timide et à la limite de l'autisme.
Elle a fait ses débuts en 1978 dans un film de
Brian de Palma :
Furie, mais elle a eu des rôles plus conséquents notamment dans le film de Ridley Scott en 1982 comme un des réplicants (
Blade runner). Elle fut sélectionnée pour être la sirène dans le film de Ron Howard
Splash qui eut un grand succès commercial et l'a hissée au rang d'actrice connue.
A noter qu'elle fait également une apparition en 2002 dans le clip "Feel" de Robbie Williams, où il joue un cow boy attiré par elle.
Hannah a une sensibilité écologiste : elle a son propre blog vidéo nommé DH Love Life, sur les solutions de développement durable. Elle est souvent filmée ou enregistrée comme invitée à l'écran de son blog. Sa maison possède des réflecteurs solaires et est construite avec des matériaux écologiques. Elle conduit une voiture avec du biodiesel. À la fin de 2006, elle fut aussi volontaire pour être juge au Treehugger.com's, un débat sur la Vérité qui convient (Une vérité qui dérange d'Al Gore).
Elle n'a jamais été mariée mais a eu des liaisons plus ou moins longues avec John Fitzgerald Kennedy Jr., avec le chanteur Jackson Browneet avec l'acteur Val Kilmer.
Elle aime les paradoxes, elle a participé en 2006 à la course pour milliardaires en manque d'adrénaline appelée Gumball 3000 à bord d'un véhicule écologique.
Pour contrer la chasse aux milliers de baleines menée par des navires baleiniers japonais, elle participe à la "Sea Shepherd Conservation Society". Le navire, le "Steve Irwin" est parti fin novembre 2008, de la Marina Rivergate de Brisbane, Australie. Ce sont souvent des actions très violentes qualifiées d'éco-terrorisme par le gouvernement du Japon.