Hilary Hahn ha iniziato lo studio del violino poco prima dei quattro anni di età con il metodo Suzuki. A partire dai cinque anni ha studiato con Klara Berkovich e a dieci anni è stata ammessa al Curtis Institute of Music, dove è stata allieva di Jascha Brodsky, allievo a suo tempo di Eugène Ysaÿe e del pedagogo russo Efrem Zimbalist.
A dodici anni ha fatto il suo debutto con grande orchestra e a partire dai 19 anni ha iniziato la sua carriera professionale. Il suo approccio in continua evoluzione al fare musica e la sua curiosità ne hanno fatto una favorita dei melomani.
Hahn ha iniziato a registrare a 16 anni. A tutt’oggi ha pubblicato 15 album con la Deutsche Grammophon e Sony, oltre a tre DVD e registrazioni per film, nominate per gli Oscar. Le sue registrazioni hanno ottenuto grandi successi di pubblico e di critica.
Il suo più recente album, pubblicato nella primavera del 2015, fa riferimento alla sua eredità musicale presentando opere di Mozart e di Vieuxtemps, registrate con Paavo Järvi e la Deutsche Kammerphilharmonie, con cui collabora da lungo tempo.
Nel 2001 è stata nominata da Time Magazine migliore giovane musicista classica degli Stati Uniti. Nel 2010 è apparsa quale artista ospite nel Tonight Show di Conan O’Brien, suonando musiche di Brahms e Bartok. Ha inoltre partecipato a diverse produzioni non classiche.