Hugh Dancy est né dans une ville anglaise nommée Stoke-on-Trent d’une mère éditrice dans une université et d’un père professeur de philosophie. Le plus vieux d’une famille de trois enfants, il étudie le théâtre à 18 ans au Winchester College et joue dans quelques petites pièces. 

Après avoir reçu son diplôme, Hugh déménage à Londres et obtient des petits rôles dans différentes séries (Sydney Fox, l'aventurière, Cold Feet : Amours et Petits Bonheurs, Kavanagh) et téléfilms (Madame Bovary, David Copperfield) qui lui permettent de se faire connaitre et d'être casté pour le film de guerre La Chute du faucon noir.

Le jeune homme poursuit sa carrière, notamment dans Le temps d’un été où il rencontre Claire Danes qui deviendra sa femme. Sa notoriété grimpe petit à petit et ses rôles prennent de l'importance : on le voit ainsi interpréter un personnage important dans Basic instinct 2, Oh My God et Adam.

En 2013, Hugh Dancy est choisi pour se glisser dans la peau du profiler Will Graham dans la série Hannibal avec le Danois Mads Mikkelsen dans le rôle du célèbre cannibale.