Die Tochter des Holzhändlers Joseph Schygulla und seiner Frau Antonie, geb. Mzyk, kam 1945 mit ihrer Mutter nach München, der Vater kehrte 1948 aus der Kriegsgefangenschaft zurück. Nach dem Abitur am Luisengymnasium in München und einem Jahr als Au-pair-Mädchen in Paris studierte sie ab 1964 Germanistik und Romanistik und nahm gleichzeitig Schauspielunterricht in München am Fridl-Leonhard-Studio.
Rainer Werner Fassbinder, der sie von der Schauspielschule her kannte, holte sie im September 1967 an sein Action-Theater. Sie spielte dort und vor allem im folgenden Antiteater in zahlreichen Inszenierungen. Nach einigen kleineren Filmrollen wurde sie im April 1969 von Fassbinder in seinem Filmwerk Liebe ist kälter als der Tod eingesetzt. Von da an spielte Hanna Schygulla bis 1972 mit einer Ausnahme in allen Fassbinder-Filmen und vielen seiner Theaterstücke.
Ab 1974 löste sie sich von der Fixierung auf Fassbinder und spielte in zahlreichen Filmen anderer Regisseure. Sie ging auch auf Theatertourneen und übernahm Rollen in klassischen Theaterstücken wie Rose Bernd.
1978 kam es erneut zur Zusammenarbeit mit Fassbinder in dem Film Die Ehe der Maria Braun. Von da an galt sie als eine Schauspielerin von Weltrang und bekam internationale Angebote. Sie trat in französischen, italienischen und amerikanischen Filmen auf. Ab den 90er Jahren wurde sie auch als Chansonsängerin bekannt und gefeiert. Unter anderem tourte sie mit einem Brecht-Abend, in dem sie auf spanisch sang und rezitierte, durch Europa.
Im Jahr 2002 wirkte sie im Projekt VB51 der Künstlerin Vanessa Beecroft mit. In den letzten Jahren arbeitete Schygulla vor allem mit Filmregisseuren der jüngeren Generation, etwa mit Till Franzen in "Die blaue Grenze"(2005), Hans Steinbichler in Winterreise (2006) und mit Fatih Akin in Auf der anderen Seite (2007). Für letzteren Film wurde sie als Beste Nebendarstellerin für den Deutschen Filmpreis 2008 nominiert und gewann in der gleichen Kategorie als erste deutsche Schauspielerin den National Societey of Film Critics Award.[1]
Hanna Schygulla lebt seit 1981 in Paris.