Hannah Gross estrenó dos películas en Sundance en 2020, TESLA de Michael Almereyda, junto a Kyle MacLachlan, Ethan Hawke y Eve Hewson, y FALLING. Gross también protagoniza la película independiente Clifton Hill, dirigida por Albert Shin, junto a Tuppence Middleton.

También aparece en Joker, de Todd Phillips, junto a Joaquin Phoenix. Se la puede ver en la segunda temporada de la aclamada serie "The Sinner", junto a Bill Pullman, y también ha completado el rodaje de The Education of Fredrick Fitzell.

La primera incursión de Gross en televisión fue el papel protagonista en "Mindhunter" de David Fincher, para Netflix, junto a Jonathan Groff. Antes de aquel proyecto, tuvo un papel protagonista en la película independiente UNLESS, junto a Catherine Keener, y apareció junto a Jon Hamm en la película Marjorie Prime. Gross también ha participado en The Mountain, junto a Tye Sheridan y Jeff Goldblum. La película se estrenó en el Festival de Cine de Venecia de 2018.

Los créditos anteriores de Gross incluyen la obra de Matt Porterfield I Used To Be Darker, el corto de Dustin Guy Defa Lydia Hoffman, Lydia Hoffman, así como un episodio dirigido por Defa de "The Sixth Year", además de Uncertain Terms, dirigida por Nathan Silver, y Christmas, Again de Charles Poekel, estrenada en el Festival Internacional de Cine de Locarno en 2014.

Gross se licenció en la Sección de Teatro Experimental de la Universidad de Nueva York en 2012.