Christensen nació en Vancouver, Columbia Británica, Canadá, sus padres Alie y David son empresarios, dueños de una empresa de telecomunicaciones. Su padre es de ascendencia danesa y su madre de ascendencia italiana y sueca. Christensen tiene un hermano mayor (Tove) y dos hermanas: una menor (Kaylen) y otra dos años mayor que él (Hejsa). Asentados en las afueras de Toronto en Thornhill, Ontario, Christensen asistió a la escuela pública Baythorn Public School y a Unionville High School en Unionville, Ontario, Canadá. Durante su época en secundaria, jugó al hockey a nivel competitivo y a tenis en un nivel provincial. Christensen pasaba los veranos en Long Island con su abuela materna, Rosa Schwartz, y con ella asistió a talleres en The Actor Studio en Nueva York. Fue "descubierto" cuando su hermana mayor Hejsa, un ex campeona de trampolín, se presentó a un cásting para un anuncio de patatas fritas Pringles y uno de los directores vio en la cara de Hayden, cuando él tenía 7 años, la imagen perfecta para un anuncio.
Su primer papel fue a los 12 años en la serie de televisión Family Passions, retransmitida en la televisión canadiense, en septiembre de 1993. Al año siguiente obtuvo un papel secundario de John Carpenter en In the Mouth of Madness (La Boca del Miedo). De 1995 a 1999, actuó en varias películas y shows de televisión, Harrison Bergeron, Forever Knight, Goosebumps, Las Vírgenes Suicidas, y Are You Afraid of the Dark?
Su fama comenzó a despegar con la serie de televisión de la cadena Fox Family Network, Higher Ground en 2000, en la que retrata a un adolescente que era molestado sexualmente por su madrastra, que en su desesperación recurre a las drogas.
Fue por este mismo papel, que George Lucas se interesó en él para interpretar al joven que daría vida al mítico personaje Darth Vader en los dos últimos episodios de la saga Star Wars.
Christensen fue aclamado por la crítica por la interpretación de un adolescente incomprendido en Life as a House (2001) el que le valió nominaciones a los Golden Globe y SAG Awards, así como National Board of Review's le entregó el premio Breakthrough Performance of the Year. Por su parte en la película, Christensen perdió 25 libras a través de una dieta especial. Que, eventualmente, de nuevo ganó durante el rodaje de Star Wars Episodio III: La Venganza de los Sith.
Su gran salto lo dio el 12 de Mayo del 2000, cuando George Lucas, lo escogió entre 400 candidatros para interpretar a Anakin Skywalker (que anteriormente había sido desempeñado por Sebastian Shaw y Jake Lloyd). El primer filme lo rodó en Junio del 2000 hasta Marzo del 2001 y el último a los 22 años, del 30 de Junio hasta Septiembre de 2003. Hayden se convirtió rápidamente, muy popular entre el público, siendo nombrado en People Magazine's una de las 50 Personas Más Bellas y Teen People's una de las 25 Estrellas más calientes menores de 25 años. En 2003, interpreta a Stephen Glass en Shattered Glass, que narra la historia real del joven periodista Stephen Glass, que fue descubierto por inventar historias para el diario The New Republic, y participa en un Programa de Televisión llamado Eco Challenge Fiji, junto con sus hermanos mayores, Tove y Hejsa.
Entre 2006 y 2007, protagonizó Awake, junto a Jessica Alba, que narra la historia de un hombre que permanece despierto pero inmóvil durante la cirugía cardíaca,y Factory Girl — interpretando a un personaje vagamente basado en Bob Dylan — contrario a Sienna Miller y Guy Pearce Luego, Christensen portagonizó junto a Samuel L. Jackson, Jamie Bell y Rachel Bilson el film Jumper, la historia de un joven quien descubre que tiene la habilidad de teletransportarse; el film fue estrenado el 14 de febrero de 2008. Bilson y Christensen co-protagonizan otra vez un segmento del film New York, I Love You
Christensen tenía previsto aparecer en la adaptación de William Gibson de la novela cyberpunk Neuromancer, programada para ser estrenada en 2009, pero desde entonces se ha retirado de la lista de IMDB. En septiembre de 2008 se anunció que Christensen y Paul Walker habían firmado en la para estar en el film Takers, en cines en 2010. Él interpretará a un detective junto a Matt Dillon. Quantum Quest: A Cassini Space Odyssey será el tercer film en que Christensen co-protagonizará con Samuel L. Jackson.