Hollein war Architekt, Theoretiker, Städteplaner, Designer, freier Künstler und Lehrer.
Hans Hollein entstammte einer Familie von Bergbauingenieuren. Als Kind besuchte er die Jugendkunstklassen Franz Cizeks. Nach der Matura, 1953 an der Bundesgewerbeschule in Wien, studierte er an der Akademie der bildenden Künste Wien Architektur in der Meisterschule von Clemens Holzmeister. Er lebte und arbeitete während dieser Zeit auch in Stockholm/Schweden und setzte nach seinem Diplom 1956 seine Ausbildung, ermöglicht durch ein Commonwealth Fund Stipendium, 1958 in den USA fort. Bis 1959 studierte er am Illinois Institute of Technology (IIT) in Chicago Architektur und Städtebau. Sein Studium an der University of California in Berkeley beendete er 1960 mit einem Master of Architecture.
Bei ausgedehnten Reisen mit dem Auto quer durch die USA und Mexiko beschäftigte er sich u. a. intensiv mit den Bauten von Rudolph M. Schindler und den Pueblos der Indianer Nordamerikas. Nach seiner Rückkehr arbeitete er in Wien in verschiedenen Architekturbüros, bis er sich 1964 als staatlich befugter und beeideter Ziviltechniker selbstständig machte. Von 1964 bis 1970 war er Redakteur der Zeitschrift Bau in Wien und war überdies als Korrespondent verschiedener in- und ausländischer Fachzeitschriften tätig. 2010 gründete er zusammen mit Ulf Kotz und Christoph Monschein die Hans Hollein & Partner ZT-GmbH.
Ein wesentlicher Teil seines Lebens ist auch durch Holleins Lehrtätigkeit im In- und Ausland geprägt: Er war Gastprofessor in den USA an der Washington University 1963/64 und 1966 an der School of Architecture, St. Louis/Missouri, der Yale University, New Haven/Conneticut, der University of California (UCLA), Los Angeles und der Ohio State University, Columbus. Von 1967–1976 war er Professor an der Staatlichen Kunstakademie Düsseldorf. An der Universität für angewandte Kunst in Wien war er sowohl Leiter der Meisterklasse für Industrial Design und des Instituts für Design von 1976–1979, als auch Leiter einer Meisterklasse für Architektur von 1979–2002; und Leiter der Abteilung I Architektur von 1995–1999.
Hans Hollein starb am 24. April 2014 in Wien.