Por este último, recibió elogios de la crítica y una nominación al premio Gotham como mejor actriz.

Ha aparecido en varias películas dramáticas, como Revolutionary Road (2008), This Is Where I Leave You (2014), Tomorrowland (2015), The Visit (2015) y Captain Fantastic (2016), por la que la recibió su primera nominación en los Premios del Sindicato de Actores.

Prestó su voz al Doctor Octopus en la película animada de superhéroes Spider-Man: Into the Spider-Verse (2018), aclamada por la crítica.

Se crio en Cleveland, Ohio,[5]​ en una familia de ascendencia alemana, irlandesa y británica.

Mientras asistía a un festival, le presentaron al creador y productor Tim Kring.

Hahn impresionó a Kring tan favorablemente que creó el personaje de Lily Lebowski en Crossing Jordan específicamente para ella.

Más tarde tuvo más papeles secundarios en películas, incluida la comedia dramática romántica de 2005 A Lot Like Love, protagonizada por Ashton Kutcher y Amanda Peet; The Holiday (2006) con Cameron Diaz; el drama de aventuras de ciencia ficción The Last Mimzy (2007) junto a Rainn Wilson; Step Brothers (2008); Revolutionary Road (2008) protagonizada por Leonardo DiCaprio y Kate Winslet; y The Goods: Live Hard, Sell Hard (2009), How Do You Know (2010), Our Idiot Brother (2011) y Wanderlust (2012).

[15]​ En 2013, Hahn interpretó su primer papel principal, en la película de comedia dramática Afternoon Delight, que fue escrita y dirigida por Joey Soloway.

[17]​ Más tarde, ese mismo año, Hahn apareció junto a Jennifer Aniston (su coprotagonista en Wanderlust) en el éxito de taquilla We're the Millers y coprotagonizó junto a Ben Stiller y Kristen Wiig en The Secret Life of Walter Mitty.

En 2014, Hahn fue elegida como la rabino Raquel Fein en la comedia dramática oscura aclamada por la crítica de Amazon Studios Transparent, cuyo creador, Joey Soloway, la había dirigido en Afternoon Delight.

[22]​[23]​ En 2016, Hahn apareció junto a Viggo Mortensen en la película dramática Captain Fantastic,[24]​[25]​ y protagonizó junto a Mila Kunis, Christina Applegate, Kristen Bell y Jada Pinkett Smith en la película de comedia Bad Moms.

Primero, Hahn proporcionó la voz del personaje Ericka Van Helsing en la comedia Hotel Transylvania 3: Summer Vacation.

En segundo lugar, Hahn tuvo un papel de voz en la película Spider-Man: Into the Spider-Verse, como una versión femenina del Doctor Octopus, llamada Olivia Octavius.

[41]​ En noviembre del mismo año se entreno la miniserie de Apple TV+, The Shrink Next Door, que Hahn protagoniza junto con Paul Rudd y Will Ferrell.