Otto Hahn wurde am 8. März 1879 in Frankfurt/Main als Sohn eines Geschäftsmannes geboren. Nach dem Besuch der Oberrealschule 1885 in Frankfurt und dem Abitur 1897 ging Otto Hahn nach Marburg, um zu studieren. Er belegte als Hauptfach Chemie, sowie Mineralogie und Kristallographie, Physik und Mathematik waren dagegen nur Nebenfächer. 1901 folgte die Promotion an der Philosophischen Fakultät der Universität Frankfurt, und Hahn wurde Assistent an der Universität in Marburg.
Nach dem obligatorischen Militärdienst erhielt Dr. Phil. Otto Hahn eine Anstellung am University College in London und war daraufhin Mitarbeiter von Sir William Ramsay link*, dem großen Entdecker der Edelgase und Nobelpreisträger. Ramsays Labor war gut ausgestattet und so lernte Hahn das Arbeitsverfahren kennen, mit dem Marie und Pierre Curie link* das Radium einige Jahr zuvor isoliert hatten. Hahn machte sich an die Arbeit, die von Ramsay geforderten 9 Milligramm Radium zu gewinnen. Dabei entdeckte er ein radioaktives "Element", das "Radiothorium", das sich später aber als Thoriumisotop herausstellen sollte. Ab 1905 war Otto Hahn für ein knappes Jahr an der McGill Universität in Montreal bei Sir Ernest Rutherford link*. Auch dort entdeckte er neue "Elemente", die sich später alle als Isotope der bisher schon bekannten Elemente herausstellen sollten. 1906 ging Otto Hahn zu Emil Fischer link* nach Berlin. Fischer war 1902 einer der ersten Nobelpreisträger für Chemie und hatte in Berlin eines der am besten ausgestattenen Labors der Welt. In Fischers Labor isolierte Hahn weitere "Elemente" wie beispielsweise das Mesothorium I (heute: Radium-228) und Mesothorium II (heute: Actinium-228). Das Mesothorium wurde in der Medizin zur Bestrahlungstherapie von Krebsgeschwüren eingesetzt.
Im Jahre 1907 bewarb sich Otto Hahn an der Philosophischen Fakultät der Universität Berlin um eine Habilitation. Dort lernte er Lise Meitner link* kennen. Es begann die 30 Jahre dauernde Zusammenarbeit und lebenslange innige Freundschaft der beiden Wissenschaftler. 1909 entdeckten die beiden den radioaktiven Rückstoß bei der Aussendung von Alpha-Strahlen. Gemeinsam mit Otto von Baeyer gelang es Hahn und Meitner, zum ersten Mal, Betastrahl-Spektren von einer Reihe radioaktiver Strahlen zu erhalten. Dieses Verfahren spielt in der modernen Atomforschung eine wesentliche Rolle.
Bei einem seiner Vorträge reiste Otto Hahn zu einer Tagung nach Stettin. Auf einer Dampferfahrt auf der Ostsee kam er mit einer hübschen Dame ins Gespräch. Edith Junghans studierte an der königlichen Kunstschule in Berlin und war die Tochter des Stettiner Präsidenten des Stadtparlaments. Otto Hahn verliebte sich in die Kunststudentin und heiratete sie zwei Jahr später.
1910 wurde Hahn in Berlin Professor für Chemie. 1912 übernahm er die Leitung für eine Abteilung, die sich mit der Erforschung der Radioaktivität befasste. Zu dieser Zeit arbeitete auch Fritz Haber in führender Position am Institut. Im gleichen Jahr fuhr Otto Hahn anlässlich der Sitzung der internationalen Radiumkommission nach Paris und lernte bei dieser Gelegenheit Marie Curie persönlich kennen. Ab 1913 erhielt auch Lise Meitner fest am Kaiser-Wilhelm-Institut eine bezahlte Anstellung.
Ab 1915 wurde Otto Hahn einer Spezialtruppe zugewiesen: In Fritz Habers link* Gruppe entwarf man die Technologie des Gaskrieges. Während eines Fronteinsatzes erkannte Hahn die "ganze Unsinnigkeit des Krieges". Im Dezember 1916 erfolgte die Versetzung in die chemische Fabrik der Bayer-Leverkusen, wo Gasgranaten und Gasmasken hergestellt wurden. Beim Test einer Gasmaske kam Otto Hahn mit dem gefährlichen Kampfgas Phosgen in Berührung und musste sich einer ärztlichen Behandlung unterziehen. Nach dem Krieg setzten Otto Hahn und Lise Meitner ihre Arbeiten wieder fort. Beim Aufschluss eines besonders schwer aufschließbaren Rückstandes der Pechblende erhielten sie im Jahre 1918 ein neues, "echtes" Element und verliehen ihm den Namen Protactinium.
1924 leitete Otto Hahn das Kaiser-Wilhelm-Institut. Kurz nach der Machtübernahme der Nationalsozialisten reiste Otto Hahn auf eine Vortragsreise in die USA. Dort erfuhr er dann von den besorgniserregenden Ereignissen in Deutschland. Dem Reichstagsbrand folgte die Verhaftung zahlreicher Oppositioneller. Nach der Rückkehr nach Deutschland setzte sich Otto Hahn für Lise Meitner ein, was aber nichts nützte. Aufgrund ihrer jüdischen Abstammung wurde sie aus der Universität entlassen. Aus Protest und Solidarität gegenüber allen schickanierten Mitarbeitern trat Otto Hahn offiziell aus der Berliner Universität am 31. Januar 1934 aus.
1938 experimentierten die Wissenschaftler an diesem Institut mit Uran. Hahn vollendete den berühmt gewordenen Versuch, bei dem erstmals die Spaltung des Uran-Kerns durch Neutronen gelang, mit seinem neuen Mitarbeiter Strassmann. Uran-Atome wurden mit Neutronen beschossen, um noch schwerere Atome zu erzeugen, so genannte Transurane, die es in der Natur nicht gibt. Bei dieser Kernspaltung wurden unvorstellbare Mengen von Energie freigesetzt. Damit wurden die Voraussetzungen zur friedlichen Nutzung der Kernenergie, aber auch zur Herstellung von Atomwaffen geschaffen.
An diesem 22. Dezember 1938 begriffen Otto Hahn und sein Kollege Fritz Strassmann link* noch nicht, was passiert war. Bei der Analyse ihrer beschossenen Uran-Atome fanden sie Barium, das dorthin nicht gehörte (die berühmte „Radium-Barium-Mesothorium-Fraktionierung“). Barium ist viel kleiner als der Urankern und, wenn aus Uran Barium entstanden war, so folgerte Hahn, dann musste der Kern zerplatzt sein. Mit dieser Entdeckung waren die Voraussetzungen zur technischen Nutzung der Kernenergie, aber auch zur Herstellung von Atomwaffen gelegt. „Die Entdeckung der Kernspaltung durch Otto Hahn und Fritz Strassmann hat ein neues Zeitalter in der Geschichte der Menschheit eröffnet. Die dieser Entdeckung zugrunde liegende wissenschaftliche Leistung scheint mir darum so bewundernswert, weil sie ohne jede theoretische Wegweisung auf rein chemischem Weg erreicht worden ist“, schrieb Lise Meitner in einer späteren Würdigung.
Durch den Briefwechsel hatte Lise Meitner doch Anteil an der Entdeckung der Kernspaltung von Uran und Thorium. Gemeinsam mit ihrem Neffen Otto Frisch erarbeitete sie 1939 dazu die erste theoretische Erklärung. Den Nobelpreis für Chemie des Jahres 1944 erhielt Otto Hahn jedoch allein. In seiner Dankesrede zur Verleihung des Nobelpreises warnte Hahn vor der Verbreitung und Weiterentwicklung von Kernwaffen. Hahn und Straßmann weigerten sich, in die Partei einzutreten. Straßmann wurde daher auch die Habilitation verweigert. Sie arbeiteten während dieser Zeit unverdrossen an ihren Untersuchungen der Uranspaltprodukte weiter und hatten mit Heisenbergs Projekt nur wenig zu tun. Um 1944 protestierte Hahn offen gegen Entscheide der Nazis, in einigen Fällen gelang es ihm sogar, durch schriftlich formulierte Einsprüche Mitarbeiter oder deren Frauen vor dem Gang in die Deportation und den sicheren Tod zu bewahren.
1944 wurde Hahns Institut aufgrund der häufigen Luftangriffe auf Berlin nach Tailfingen auf die Schwäbische Alb verlegt. Nach dem Ende des Krieges wurden die deutschen Atomforscher von den Alliierten verhaftet. In britischer Gefangenschaft erfuhren die 10 internierten Forscher, darunter auch Hahn, Gerlach, Heisenberg und von Weizsäcker, vom Atombombenabwurf auf Hiroshima. Obwohl Hahn wusste, dass es im Prinzip möglich war, dass aus seiner Entdeckung eine solche Mordwaffe herauskam, entsetzte ihn die Anwendung zutiefst. Im Januar 1946 konnten die internierten Wissenschaftler nach Deutschland zurückkehren und erst danach fand die Überreichung des Nobelpreises an Otto Hahn in Schweden statt.
1948-1960 war Otto Hahn Präsident der Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften, der Nachfolgeorganisation des Kaiser-Wilhelm-Institutes. In dieser Eigenschaft forderte er immer wieder ein Atomwaffenverbot. 1957 unterzeichnete er gemeinsam mit 16 weiteren international bekannten Atomwissenschaftlern die sogenannte Göttinger Erklärung link*. Zu den Unterzeichnern gehörten auch Max Born, Werner Heisenberg und Carl-Friedrich von Weizsäcker link*.
1964 wurde der einzige nuklear angetriebene Frachter Europas, die NS „Otto Hahn“, nach ihm benannt. Sie bewältigte über 650 000 Seemeilen, 1982 wurde der Atomantrieb stillgelegt und die „Otto Hahn“ zu einem Containerschiff mit Dieselantrieb umgebaut.
Bis ans Ende seines Lebens kämpfte Otto Hahn gegen das atomare Wettrüsten.
Im Alter von 89 Jahren starb er am 28. Juli 1968 in Göttingen. Einen Tag später publizierte die Max-Planck-Gesellschaft in allen großen Zeitungen eine Todesanzeige:„Unser Ehrenpräsident Otto Hahn ist in seinem 90. Lebensjahr am 28. Juli entschlafen. Als Begründer des Atomzeitalters wird er in die Geschichte der Menschheit eingehen. Deutschland verliert mit ihm einen Gelehrten, der sich durch aufrechte Haltung und innere Bescheidenheit in gleicher Weise auszeichnete.“