Hideaki Anno wurde am 22. Mai 1960 in Ube, Präfektur Yamaguchi, Japan, geboren. Schon in seiner Kindheit entwickelte er ein frühes Interesse am Zeichnen, an Manga, Anime und Tokusatsu-Spezialeffektfilmen. Anno schrieb sich an der Osaka University of Arts ein, wurde jedoch schließlich exmatrikuliert, da er einen Großteil seiner Energie darauf verwendete, mit Kommilitonen Amateurfilme zu produzieren, anstatt sich seinen offiziellen Studien zu widmen. Zu diesen frühen Zusammenarbeiten gehörten die Daicon III- und Daicon IV-Eröffnungsanimationen für Science-Fiction-Conventions, Projekte, die dazu beitrugen, seinen Ruf zu etablieren und im Dezember 1984 zur Gründung des Animationsstudios Gainax führten.

Anno erlangte professionelle Anerkennung als Key Animator bei Hayao Miyazakis Film Nausicaä aus dem Tal der Winde im Jahr 1984, wo ihm die Animation der klimaktischen God-Warrior-Sequenz anvertraut wurde. Sein Regiedebüt gab er mit der Original Video Animation-Serie Gunbuster im Jahr 1988, einer Science-Fiction-Mecha-Geschichte, die Action mit emotionaler Charakterentwicklung verband. Anschließend führte er von 1990 bis 1991 Regie bei der Fernsehserie Nadia: The Secret of Blue Water, hatte jedoch Berichten zufolge nur begrenzte kreative Kontrolle über das Projekt und verfiel nach deren Fertigstellung in eine Phase der Depression.

Anno ist vor allem als ursprünglicher Schöpfer und Regisseur von Neon Genesis Evangelion bekannt, der wegweisenden Fernsehserie, die von 1995 bis 1996 ausgestrahlt wurde. Die Serie spielt in einer postapokalyptischen Zukunft, in der Teenager riesige Biomaschinen namens Evangelions steuern, um gegen mysteriöse Wesen, bekannt als Engel, zu kämpfen. Anno griff direkt auf seine persönlichen Kämpfe mit klinischer Depression zurück, als er die Serie schrieb, die im Verlauf zunehmend psychologisch und introspektiv wurde. Die letzten beiden Episoden verließen die traditionelle Erzählstruktur und spielten sich im Geist des Protagonisten ab. Der Serie folgte 1997 der Film The End of Evangelion, der einen alternativen Abschluss bot. Anno kehrte später mit der Rebuild of Evangelion-Tetralogie zum Franchise zurück, einer Filmreihe, die 2007 mit Evangelion: 1.0 You Are Not Alone begann und 2021 mit Evangelion: 3.0+1.0 Thrice Upon a Time endete, die er schrieb und bei der er Regie führte.

Neben seinen eigenen Kreationen hat Anno auch Adaptionen bestehender Werke inszeniert. Er führte von 1998 bis 1999 Regie bei der Fernsehserie His and Her Circumstances, basierend auf dem Manga von Masami Tsuda. Seine Arbeit an dieser Produktion war durch kreative Einschränkungen seitens des Senders geprägt, und er hat seitdem selten Fernsehanime inszeniert. Anno führte auch 2004 Regie bei dem Realfilm Cutie Honey, einer Adaption von Go Nagais Manga- und Anime-Serie, und überwachte die anschließende Re: Cutie Honey Original Video Animation.

Anno hat auch bedeutende Ausflüge in die Realfilmproduktion mit eigenen Werken unternommen. Love and Pop aus dem Jahr 1998 war ein Drama im Cinéma-vérité-Stil über Teenagerprostitution in Japan, gedreht mit Miniatur-Digitalkameras und wechselnden Seitenverhältnissen. Für diesen Film gewann er den Best New Director Award beim Yokohama Film Festival. Sein nächster Realfilm, Shiki-Jitsu aus dem Jahr 2000, erzählte die Geschichte eines ausgebrannten Animationsregisseurs, der sich in eine von der Realität entfremdete Frau verliebt, und brachte ihm den Best Artistic Contribution Award beim Tokyo International Film Festival ein.

Wiederkehrende Themen in Annos Werk umfassen die psychologische Dekonstruktion von Charakteren, klinische Depression, existenzielle Isolation und die Konsequenzen der Verantwortungsflucht. Seine Protagonisten kämpfen oft mit tiefsitzenden Unsicherheiten und Traumata. Anno setzt häufig postmodernistische Erzähltechniken ein, darunter abstrakte Sequenzen, die mit traditionellem Geschichtenerzählen brechen, metafiktionale Kommentare und die Vermischung von Animation mit Realfilmaufnahmen. Er hat eine lebenslange Faszination für Züge zum Ausdruck gebracht, die als wiederkehrende visuelle Motive in seinem Filmwerk auftauchen und oft liminale Räume für die Introspektion von Charakteren oder Momente psychologischen Übergangs darstellen. Sein Werk ist auch stark von klassischen Tokusatsu-Franchises wie Ultraman, Kamen Rider und Godzilla beeinflusst, Genres, zu denen er in seiner späteren Karriere mit der Shin-Filmreihe zurückkehrte. Er führte 2016 gemeinsam Regie bei Shin Godzilla, einem modernen Reboot, das bürokratische Reaktionen auf Katastrophen kritisierte, und schrieb und produzierte anschließend 2022 Shin Ultraman, während er 2023 bei Shin Kamen Rider Regie führte.

Annos Bedeutung für die Branche ist beträchtlich. Als Mitbegründer von Gainax half er dabei, eines der einflussreichsten Animationsstudios des späten zwanzigsten Jahrhunderts zu etablieren. Später gründete er 2006 sein eigenes Studio, Khara, dessen Präsident er ist. Das Evangelion-Franchise hatte einen tiefgreifenden Einfluss auf die Anime-Fernsehindustrie und die japanische Popkultur, wobei Anno weithin als einer der ersten Auteurs des Mediums angesehen wird. Mehrere seiner Anime-Produktionen gewannen den Animage Anime Grand Prix, darunter Nadia: The Secret of Blue Water im Jahr 1990, Neon Genesis Evangelion in den Jahren 1995 und 1996 sowie The End of Evangelion im Jahr 1997. In einem Interview aus dem Jahr 1997 kritisierte Anno die Tendenz von Anime-Schöpfern, erfolgreiche Formeln zu wiederholen, ohne kreative Risiken einzugehen, eine Aussage, die im Hinblick auf die repetitive Natur späterer Genretrends als weitsichtig zitiert wurde. Anno heiratete 2002 die Manga-Künstlerin Moyoco Anno.