Washington D.C.'de doğan Hannigan'ın babası Al kamyon şoförü, annesi Emilie emlakçıydı. 2 yaşında anne babasının boşanmasından sonra annesiyle birlikte kaldı. Küçük yaşta reklam filmlerinde oynayarak oyunculuğa başladı. 11 yaşında Hollywood'a taşındı. 1986'da sinemaya adım atarken 1988'de ilk büyük rolünü My Stepmother Is an Alien'da Jessie karakteriyle aldı. Sonraki yıllarda daha çok TV filmlerinde ve dizilerde oynayan Hannigan, 1997'de başlayan Buffy the Vampire Slayer'daki Willow Rosenberg rolü onu şöhrete kavuşturdu. Bu rolü dizinin başından sonuna 6 sezon sürdürdü.
Bu sırada 1999 yapımı Amerikan Pastası'nda Michelle Flaherty rolüyle yer aldı ve bu karakteri serinin sonraki 3 filminde daha canlandırdı. 2005 yılında da onu akıllara kazıyacak diğer dizisi How I Met Your Mother'a başladı. Lily Aldrin rolünü tam 9 sezon boyunca aralıksız sürdürdü. 2009 People's Choice Ödülleri'nde Favori TV Komedi Oyuncusu ödülünü kazandı.
2003 yılında Buffy the Vampire Slayer dizisinden rol arkadaşı Alexis Denisof ile evlenmiştir. 2009'da doğan Satyana Marie ve 2012'de dünyaya gelen Keeva Jane adında iki kız çocuğu bulunmaktadır.