Hahn studierte seit 1897 in Marburg Chemie und promovierte 1901. Seit 1902 arbeitete er am Chemischen Institut der Universität Marburg, 1904 wurde er Mitarbeiter am Universitäts-College in London, 1905 in Montreal, 1906 in Berlin. 1910 wurde Otto Hahn außerordentlicher Professor und 1928 Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Chemie in Berlin. Von 1948 bis 1960 war er Präsident der Max-Planck-Gesellschaft. Er befaßte sich seit 1904 mit Untersuchungen radioaktiver Stoffe. Diese führten ihn seit 1907 in Zusammenarbeit mit Lise Meitner zur Entdeckung einer großen Anzahl radioaktiver Elemente bzw. Isotope. 1938 war Hahn Mitentdecker der Spaltung von Urankernen bei Neutronenbestrahlung (Kernspaltung). Für diese Entdeckung wurde ihm 1946 der Nobelpreis für Chemie des Jahres 1944 verliehen. Als Gegner der Anwendung der Atomenergie für kriegerische Zwecke unterzeichnete er 1957 den Göttinger Appell gegen eine beabsichtigte atomare Aufrüstung der Bundeswehr. Hahn wohnte seit 1935 in Dahlem in der Altensteinstraße.