Hannah Herzsprung genoss eine bevorzugte Ausbildung mit einem Abitur in Surrey in England, privatem Schauspielunterricht und einem Studium der Kommunikationswissenschaften in Wien. Ihre Karriere als Schauspielerin begann 1997 mit der ARD-Fernsehserie "Aus heiterem Himmel". Danach moderierte sie ab 2002 die Musikshow "musicbox" auf Tele 5 und spielte Jugendrollen in Seifenopern wie "18 – Allein unter Mädchen".
Fortan entschied sich Hannah Herzsprung für anspruchsvollere Kinorollen und zeigte darin ihr wahres Talent. Sie begeisterte als Borderline-Patientin in "Emilia" (2005), als Mörderin in "Vier Minuten" (2006), als selbstmörderische Jugendliche in "Das wahre Leben" (2006) und als Terroristin Susanne Albrecht in "Der Baader Meinhof Komplex" (2008). Danach sah man die Schauspielerin in historischen Filmrollen wie in Goethes "Werther" (2007), "Liesl Karlstadt und Karl Valentin" (2008), "Der Vorleser" (2008), "Vision – Aus dem Leben der Hildegard von Bingen" (2009) und "Aghet – Ein Völkermord" (2010). Mit der ARD-Serie "Weissensee" über Ost-Berliner Familien im Jahr 1980, kehrte sie 2010 ins Fernsehen zurück. 2011 spielte sie in dem düsteren Endzeit-Thriller "Hell".
Hannah Herzsprung hat für ihre Rollen zahlreiche Preise wie den Deutschen und Bayerischen Filmpreis, den Bambi und den Adolf-Grimme-Preise erhalten. Heute lebt sie in Berlin und liebt in ihrer Freizeit Tanzen, Skifahren, Tennis und Snowboarden.
Im August 2013 heiratet Hannah Herzsprung still und heimlich ihren Freund Henrik in New York.