Im Jahr 1129 wurde der Ort Hahndorf als hanenthorp erstmals urkundlich erwähnt. Die erste Kirche wurde am 5. November 1133 vom Bischof Bernhard I. von Hildesheim geweiht.
Im Jahr 1523 wurde Hahndorf braunschweigisch. 1570 wurde die Reformation eingeführt. Ende 1625 fielen die Truppen Wallensteins im nördlichen Harzvorland ein, wobei es zu einem Kirchenbrechen in Hahndorf kam. 1643 wurde Hahndorf wieder hildesheimisch. Im Jahr 1664 zählte Hahndorf in der Kopfsteuerbeschreibung des Hochstifts Hildesheim 81 Einwohner. Nach dem Ende der Zugehörigkeit Hahndorfs zum Hochstift Hildesheim 1802 wurde ein Jahr später das Abhängigkeitsverhältnis der Hahndorfer Höfe vom Klostergut Riechenberg gelöst. Hahndorf gehörte ab 1807 zum Königreich Westphalen, bis im Jahr 1813 nach der Völkerschlacht von Leipzig die französische Herrschaft endete. 1815 kam das ehemalige Hochstift Hildesheim zum Königreich Hannover. Ab 1866 gehörte Hahndorf wie das gesamte Königreich Hannover zum Preußen.
Grauhof, etwa 1 km südlich des Dorfes gelegenen, erhielt ab 1875 Bahnanschluss. Später kreuzten sich hier die Bahnstrecken Vienenburg–Langelsheim und Hildesheim–Goslar; es entstand ein größerer Rangierbahnhof. Mit der Teilung Deutschlands verlor die Strecke Vienenburg–Langelsheim jedoch ihre Bedeutung. Diese Strecke wurde in den 1950er Jahren abgebaut und der Rangierbahnhof Grauhof stillgelegt. Bis in die 1990er Jahre blieb ein Gleisanschluss für die ansässigen Betriebe übrig.
Zum südlichen Gemeindegebiet Hahndorfs gehörte zwischen 1939 und 1945 das SS-Barackenlager Hahndorf, in dem kurz vor Kriegsende auch ein Außenlager des KZ Neuengamme untergebracht war.
An der Straße nach Immenrode entstand 1953/1954 auf dem Gebiet der Wüstung Ebelingerode die Kleinsthofsiedlung, die dazu beitragen sollte, mit bäuerlichen Nebenerwerbsstellen die angespannte Versorgungssituation in den Nachkriegsjahren zu lindern.
Zwischen 1958 und 1960 wurde in der Feldmark „In den Schlagackern“ nach Erdöl und Erdgas gebohrt. Ende 1960 war eine Tiefe von 2450 Metern erreicht, ohne jedoch das vermutete Erdöl zu finden.
In den 1970er Jahren wurden die Mehrzweckhalle Hahndorf (1970), der Sportplatz (1975) und die Tennisplätze am Försterberg (1978) gebaut.