Il débute sa carrière en 1973 avec le film d'horreur indépendant Sweet Kill, mais ce n'est que dans les années 80, après quatre films à petit budget (dont Losin' It, avec Tom Cruise), que sa carrière décolle avec son intronisation à la Directors Guild, sous le parrainage de Samuel Fuller, Don Siegel et John Cassavetes. Après des films à petit budgets et deux thrillers (Faux témoin et Bad Influence), il connaît la consécration mondiale en 1992 avec La Main sur le berceau.
Après le thriller
La Rivière Sauvage (1994), avec Meryl Streep et Kevin Bacon, il réalise L.A. Confidential, d'après James Ellroy, qui lui vaut l'Oscar du meilleur scénario adapté en 1998.
Des années 2000, on peut retenir la comédie dramatique Wonder Boys (2000) et la comédie romantique In Her Shoes (2005), mais cette décennie est marqué par le succès critique et commercial, tant bien aux États-Unis qu'en France, du film 8 Mile (2002), avec Eminem dans son premier grand rôle au cinéma, dont le film s'inspire des débuts du rappeur.
Hanson est aussi acteur, notamment dans
Adaptation (2002), où il interprète le mari de Meryl Streep.