Ambiziosa e audace. La sua notevole coerenza tematica e stilistica arriva a superare spesso il concetto di rappresentazione a favore di uno sguardo neutro ed essenziale. La matrice autobiografica della sua trilogia dietro la mdp è la personale scommessa di trasformare la realtà vissuta e renderla cinematografica, dimostrandosi ripetutamente capace di raccogliere il plauso della critica.
Classe 1981. Il cinema entra nella sua vita a soli diciotto anni, esordendo come interprete nelle pellicole di Olivier Assayas Fin août, début septembre (1998) e Les destinées sentimentales (2000). Il loro sodalizio artistico si accompagnerà ben presto ad un legame duraturo nella vita fuori dal set. Nel 2001 inizia a studiare presso il Conservatoire d'art dramatique di Parigi che abbandonerà dopo due anni per collaborare con l'autorevole "Les Cahiers du Cinéma". A soli 22 anni debutta dietro la macchina da presa con il cortometraggio Après mûre réflexion presentato al Festival di Locarno. Segue nel 2006 il suo primo lungometraggio, Tout est pardonné ritratto di una famiglia logorata dalla tossicodipendenza del padre. Presentato alla Quinzaine des réalisateurs del Festival di Cannes 2007, vince il Premio Louis Delluc ed è nominato ai premi Cèsar come miglior opera prima. L'opera seconda Il padre dei miei figli (che si aggiudica il Premio speciale della giuria della sezione Un Certain regard del Festival di Cannes 2009) segue le vicende di un anticonformista produttore cinematografico e dei suoi precari tentativi di destreggiarsi tra lavoro e vita familiare, fino alla bancarotta della sua società di produzione e la conseguente decisione di togliersi la vita, lasciando moglie e figlie alle prese con la sua eredità materiale e spirituale. La pellicola è stata lodata per la sua perspicace e sincera rappresentazione del cinema e considerata pregna di rimandi all'Altman di The player e al Truffaut di Effetto notte. L'ispirazione alla base del film è la figura del produttore francese Humbert Balsan (che finanziò il primo film della Hansen), cinefilo appassionato che ha lavorato instancabilmente per consentire a registi come Béla Tarr, Claire Denis e Lars von Trier di lavorare senza restrizioni.
Nel 2012 la cineasta torna nelle sale con Un amore di gioventù un'opera coinvolgente e struggente, apprezzata in Francia e premiata dalla giuria dell'ultimo Festival di Locarno. Una storia comune ma allo stesso tempo unica e travolgente, un cambiamento, un percorso di crescita: la fine del primo amore, vissuto attraverso lo sguardo di una moderna eroina, la straordinaria Lola Créton.
Dopo Eden (2014), sulla diffusione della musica house in Francia e sul suo impatto sulla società, nel 2016 dirige Isabelle Huppert ne Le cose che verranno - L'avenir, un film sulla riaffermazione della propria personalità nella stagione matura della vita.
Nel 2021 esce al cinema il film che segna il suo esordio in lingua inglese, Sull'isola di Bergman, con Tim Roth e Vicky Krieps; mentre nel 2022 presenta al Festival di Cannes (Quinzaine des réalisateurs) Un beau matin.