Hope Davis se tourne très jeune vers la comédie. Avec son amie d'enfance, Mira Sorvino, elle avait l'habitude d'improviser de petites pièces de théâtre destinées du voisinage. Elles se séparent lorsqu'elle part à Londres pour étudier à la Royal Academy of Dramatic Art, Mira Sorvino partant de son côté à Pekin achever son apprentissage du mandarin.

Hope revient à New York dès la fin de ses études et se consacre alors pleinement à sa carrière d'actrice. Elle joue notamment dans de nombreuses pièces, dans lesquelles elle obtient une certaine renommée et débute au cinéma par de courtes apparitions (d'abord L' Experience interdite, puis Maman, j'ai raté l'avion). Elle est remarquée aux côtés de Nicolas Cage dans Kiss of death de Barbet Schroeder puis dans En route vers Manhattan aux côtés de Stanley Tucci qui fait démarrer sa carrière cinématographique.

Néanmoins, l'actrice se fait encore rare sur le grand écran. Privilégiant le théâtre, elle se montre discrète au cinéma mais minutieuse dans ses choix. Altérant petits films indépendants, (Guy, 1997) et grosses productions hollywoodiennes (Arlington Road, 1998), elle acquiert un succès critique et une popularité montante. En 2002, elle joue la fille de Jack Nicholson dans la comédie d'Alexander Payne, Monsieur Schmidt et apparaît dans American Splendor et Proof.

En 2005, Hope Davis revient aux côtés de Nicolas Cage dans The Weather man avant de devenir la femme de Greg Kinnear dans la comédie The Matador. Variant les genres, on la voit dans les biopics Scandaleusement célèbre et Faussaire, les drames Un été italien et The Nines, les films de SF Real Steel et Greenland, le Marvel Captain America: Civil War (elle est la maman d'Iron Man !), le thriller d'action Joker et le Wes Anderson Asteroid City.

Toutefois, c'est du côté de la petite lucarne qu'elle trouve ses meilleurs rôles, comme en témoignent ses prestations dans The Newsroom, Allegiance, Wayward Pines, For the People, Love Life, Succession et surtout Your Honor. Dans cette dernière, Hope se glisse dans la peau de l'épouse déterminée d'un redoutable chef mafieux (Michael Stuhlbarg).