В 1962 году окончила драматическую школу в Бюргхаусене. Работала в театрах Мюнхена и Берлина.
Дебютировала в кино в фильмах «Immer die Mädchen» и «Фредди под странными зездами» (1959).
В 60-е - 70-е годы снималась в многочисленных остросюжетных, приключенческих телефильмах и детективах.
В 1971 году получила «Золотую камеру» за исполнение роли Саши в телеэкранизации пьесы А.П.Чехова «Иванов» (1971, реж. Освальд Дёпке).
Настоящая популярность к Ханнелоре Эльснер пришла благодаря ТВ. Роль Леа Соммер, женщины-полицейской актриса впервые сыграла еще в начале 70-х годов в серии фильмов «Место преступления» (1970-1994). Сериал «Женщина-комисар» (1994-206 г.г.) сделал Эльснер настоящей звездой и любимицей зрителей во многих странах мира. Удостоена «Серебрянной нимфы» на МКФ телефильмоав в Монте-Карло, Монако за исполнение заглавной роли в фильме Хармута Гресмаера «Эльза» (1991).
После 15-летнего перерыва Ханнелоре Эльснер с триумфом вернулась на большой экран, сыграв писательницу Ханну Фландрия в фильме «Неприкасаемые». Снялись также в фильмах, которые ей принесли награды «Конец сезона», «Мой последний фильм», «Клара Шатц» и другие.
Ханнелоре ещё занимается дубляжем иностранных фильмов, озвучивает Лайзу Минелли и Фанни Ардан.