１９７９年、アメリカ･ヴァージニア州レキシントン出身。３歳の時にボルティモアに移り、ピーボディ音楽院のスズキ･メソード･プログラムでヴァイオリンを始める。以後５年間、ボルティモアでオデッサ（ウクライナ）出身のクララ･ベルコヴィチに師事。弱冠１０歳でフィラデルフィアのカーティス音楽院に入学、１７歳までヤッシャ･ブロツキーに師事した。１６歳で卒業要件を満たしたが、引き続きカーティス音楽院で語学、文学、作文、演劇などの選択科目を学び、並行してフェリックス･ガリミール（ヴァイオリン）やゲイリー･グラフマン（ピアノ）から室内楽の指導を、またブロツキーの死後はヴァイオリニストのハイメ･ラレードから定期的に指導を受ける。１９歳でカーティス音楽院を卒業。
本格的なオーケストラとの共演デビューは、カーティス音楽院入学翌年の１９９１年。１４歳の時にはイヴァン･フィッシャー指揮ブダペスト祝祭管弦楽団との共演で国際舞台へのデビューを飾った。１５歳の１９９５年にはロリン･マゼール指揮バイエルン放送交響楽団との共演でドイツ･デビュー。１９９６年にはフィラデルフィア管弦楽団との共演でカーネギー･ホールにデビューした。
その後も世界の一流オーケストラとの共演を定期的におこなっており、リサイタル･ツアーなども世界各地で展開している。２０１１-１２シーズンは、ハーンのメジャー･オーケストラ･デビュー２０周年にあたり、シーズンを通して数多くの楽団と共演。秋にはアメリカ･ツアーをおこない、彼女が取り組んでいる委嘱作品初演プロジェクト「２７の小品：ヒラリー･ハーン･アンコール（In 27 Pieces：The Hilary Hahn Encores）」の前半となる１３曲を、長年のリサイタル･パートナーであるヴァレンティーナ･リシッツァ（ピアノ）と初演した。
初録音から現在にいたるまでの１５年間で合計１２枚のソロアルバムをドイツ･グラモフォンとソニーからリリース。さらにライブ演奏を収録した３枚のＤＶＤ、アカデミー賞（作曲賞）にノミネートされた映画のサウンドトラックほか、バラエティーに富んだディスコグラフィーを誇る。そのレパートリーはバッハ、ストラヴィンスキー、エルガー、ベートーヴェン、ヴォーン・ウィリアムズ、モーツァルト、シェーンベルク、パガニーニ、シュポア、バーバー、バーンスタイン、コルンゴルトなど非常に幅広い。
彼女はクラシックの分野以外でも様々なプロジェクトやコラボレーションに参加している。２００４年には、Ｍ･ナイト･シャマラン監督の映画「ザ･ヴィレッジ」でサウンドトラックのソロ･ヴァイオリンを担当。２００５年・２００６年には、アート･ロック･バンド「アンド･ユー･ウィル･ノウ･アス･バイ･ザ･トレイル･オブ･デッド」のアルバムにゲスト･ヴァイオリニストとして参加。最近ではシンガー･ソングライターのトム･ブロッソーのアルバム「グランド･フォークス」で自ら作曲したヴァイオリンのパートを演奏している。また、フォーク出身のシンガー･ソングライター、ジョシュ･リッターともたびたび共演し、日本でもツアーをおこなった。
クラシックの現代作品にも積極的に取り組んでおり、１９９９年、アメリカ人コントラバス奏者で作曲家でもあるエドガー･メイヤーがハーンのために作曲したヴァイオリン協奏曲を初演･録音。２００９年には、ハーンの恩師でもある作曲家のジェニファー･ヒグドンがハーンのために作曲したヴァイオリン協奏曲（ピューリッツァー賞受賞）を初演･録音した。
ハーンは数々の国際的に権威ある賞を受賞しており、ディアパゾン･ドール賞、ドイツ･シャルプラッテン賞（ドイツ･レコード批評家賞）、クラシックＦＭ／グラモフォン賞の「アーティスト･オブ･ザ･イヤー」、カンヌ･クラシック賞、エコー賞の「クラシック･アーティスト･オブ･ザ･イヤー」など、その受賞歴は枚挙にいとまがない。２００３年にはブラームスとストラヴィンスキーのヴァイオリン協奏曲を収録したＣＤでグラミー賞を受賞。シェーンベルクとシベリウスのヴァイオリン協奏曲を収録したＣＤはビルボード誌のクラシック･チャートに初登場１位、続く２３週間チャート上位にランク･インし、２００９年、２度目となるグラミー賞「ベスト･インストゥルメンタル･ソリスト･パフォーマンス･ウィズ･オーケストラ（オーケストラ共演器楽ソリスト最優秀賞）」を受賞した。
彼女は主要音楽誌の表紙を飾ったのみならず、「ヴォーグ」「エル」「タウン＆カントリー」「マリ･クレール」といった有名各誌にも取り上げられている。２００１年には「タイム」誌から「アメリカの最優秀若手クラシック音楽家」と称された。
執筆活動やインタビューの仕事にも力を入れており、自身のウェブサイトに若い音楽家や音楽ファンたちへの情報・ブログを掲載している。また、ユーチューブで映像をプロデュースし、現代音楽のブログ「セクエンツァ２１」ではゲスト･インタビュアーを務めている。そのほか彼女のヴァイオリンケースが旅の仲間としてコメントするツイッターも継続している。

独創性豊かな即興演奏者、室内楽奏者、コンテンポラリー・クラシック音楽の奏者。これまでにソリスト、室内楽奏者としてラヴィニア音楽祭、リンカーン・センターでのモーストリー・モーツァルトなど国際的な音楽祭に多数参加。最近ではメトロポリタン・オペラで上演される『中国のニクソン』の鍵盤奏者に作曲者ジョン・アダムスより選ばれた。「インターナショナル・コンテンポラリー・アンサンブル」の中心メンバーとして多くの作品を初演し、数多くの作曲家と密接に活動。ジャズ・ピアニストのジェイソン・ラモンはデビュー・アルバムについて「これまで聴いた中で最高のソロレコーディングのひとつに数えられる」と評している。インディアナ大学でリューバ・エドリナ＝ドゥビンスキー、サザン・カリフォルニア大学でスチュワート・ゴードン博士に学び、クラシック・ピアノ演奏で音楽の学位を取得した。ニューヨーク市在住。