Kathryn Marie Hahn nació el 23 de julio de 1973 en Westchester, Illinois, EE. UU. Asistió a la Universidad Northwestern, donde obtuvo una licenciatura en teatro antes de asistir a la Universidad de Yale. La primera aparición de Hahn en un espectáculo fue Hickory Hideout, un espectáculo de marionetas local para niños de la entonces estación propiedad de la NBC WKYC, en Cleveland. Mientras asistía a un festival de teatro, conoció a un director de casting de NBC que la presentó al creador/productor Tim Kring, quien creó el papel de Lily Lebowski en Crossing Jordan para ella. En 2003, Hahn interpretó papeles secundarios junto a Kate Hudson y Matthew McConaughey en la película de comedia romántica Cómo perder a un hombre en 10 días. El año siguiente, apareció en papeles de apoyo en distintas películas, como: El reportero: la leyenda de Ron Burgundy, Muy parecido al amor, El descanso y Sólo un sueño. Recibió elogios por su papel recurrente en la serie de comedia de la NBC, Parks and Recreation como Jennifer Barkley, directora de campaña de Bobby Newport (Paul Rudd), el oponente de Leslie Knope (Amy Poehler). En 2013, Hahn interpretó su primer papel principal en la película de comedia dramática Afternoon Delight, escrita y dirigida por Jill Soloway. La película se estrenó en el Festival de Cine de Sundance 2013. Por su papel, fue nominada para un Premio Gotham Independent Film a la Mejor actriz nueva. Al año siguiente fue elegida para interpretar al Rabino Raquel Fein, en la comedia dramática de Amazon Studios, Transparent creada por Jill Soloway. Recibió una nominación personal al Emmy por Mejor actriz de reparto en una serie de comedia y además de una nominación al Screen Actors Guild Award junto con el elenco. En 2016, Hahn apareció junto a Viggo Mortensen en la película dramática Capitán fantástico, y protagonizó, junto a Mila Kunis, Christina Applegate, Kristen Bell y Jada Pinkett Smith, la comedia El club de las madres rebeldes. En 2018 sorprendió con su actuación en Vida privada, dirigida por Tamara Jenkins.