Ханна Артертон родилась в 1989 году в семье сварщика Барри и уборщицы Салли-Энн (урождённой Хип). Родители развелись, когда Джемма и Ханна были маленькими. Они остались жить с матерью.
Она окончила Мэйфилдскую гимназию для девочек, Северный Кентский колледж и Королевскую академию драматического искусства в 2011 году.
В последний год обучения в Академии она блеснула ролью в пьесе Стивена Полякоффа «Мой город» на сцене лондонского Театра Алмейды, где её партнёрами были Трейси Ульман и Том Райли. Во время учёбы в RADA она также организовала свою музыкальную группу The Hitmen and Her, в которой была ведущей солисткой.Первая известность пришла к актрисе в 2013 году после появления в первом сезоне сериала «Атлантида» .
В 2014 году Ханна дебютировала в полнометражном кино.
В романтической комедии «Прогулка по солнечному свету» ей пришлось не только играть, но и исполнить несколько музыкальных номеров. Драма «Игра в прятки» с участием Ханны была названа лучшим британским фильмом года на кинофестивале в Эдинбурге.Принимала участие в записи нескольких радиопостановок для BBC Radio 4.