Né le 10 janvier 1970 à Holden, dans le Massachusetts, Hans Canosa grandit au sein d'une famille chrétienne fondamentaliste dont la foi interdisait la fréquentation des salles de cinéma. Il passe une partie de son enfance en Asie du Sud-Est, sur des missions religieuses, sans jamais voir de film en salle avant l'âge de dix-sept ans. C'est en tombant par hasard, chez ses grands-parents, sur un livre consacré au tournage de 2001, l'Odyssée de l'espace, qu'il développe une véritable fascination pour le cinéma, avant de découvrir enfin sa première séance en salle avec Citizen Kane et 2001 en programme double. Ses parents le renient lorsqu'il choisit d'intégrer la prestigieuse université Harvard, où il devient l'un des metteurs en scène étudiants les plus prolifiques de l'histoire de l'établissement, avant de fonder sa propre compagnie de théâtre, Oneiric Pictures. En 2005, il réalise son premier long métrage, Conversations with Other Women, écrit par sa compagne Gabrielle Zevin et porté par Aaron Eckhart et Helena Bonham Carter, entièrement construit en split-screen. Il poursuit avec Memoirs of a Teenage Amnesiac en 2010, tourné au Japon, puis The Storied Life of A.J. Fikry en 2022, également adapté d'un roman de Gabrielle Zevin.
Sa découverte tardive et presque clandestine du cinéma, après une enfance passée sous un régime religieux prohibant les films, façonne une fascination presque mystique pour l'expérience de la salle obscure. Le livre The Making of Kubrick's 2001, trouvé par hasard dans le grenier de ses grands-parents, constitue le déclencheur direct de sa vocation de cinéaste. Sa rencontre avec l'écrivaine Gabrielle Zevin à l'université Harvard, devenue sa compagne et sa scénariste attitrée, oriente durablement son œuvre vers des récits littéraires sensibles portés par des personnages en quête de reconstruction. Le rêve qu'il fait le soir même de sa première séance de cinéma, où les personnages semblaient mourir hors champ, est directement à l'origine du dispositif en split-screen de Conversations with Other Women.
Hans Canosa est reconnu pour son usage singulier du split-screen, employé de manière systématique tout au long de Conversations with Other Women pour donner à voir simultanément deux points de vue sur une même scène. Sa double formation de monteur et de réalisateur, qu'il exerce souvent lui-même sur ses propres films, se ressent dans une attention particulière portée au rythme et à la construction narrative. Il privilégie des récits intimistes, souvent adaptés de romans, portés par des personnages en quête de reconstruction sentimentale ou existentielle.
Conversations with Other Women remporte le Prix spécial du jury au Festival international du film de Tokyo en 2005, où Helena Bonham Carter obtient également le prix de la meilleure actrice.
Gabrielle Zevin, sa compagne rencontrée à Harvard, écrit le scénario de Conversations with Other Women ainsi que celui de The Storied Life of A.J. Fikry, adapté de son propre roman. Le directeur de la photographie Steve Yedlin l'accompagne sur Conversations with Other Women. Il travaille également avec les compositeurs Starr Parodi et Jeff Eden Fair pour la musique de ce même film.
La reconstruction amoureuse et les seconds départs sentimentaux, explorés à travers le dispositif du split-screen dans Conversations with Other Women, structurent une large part de son œuvre. L'adaptation de récits littéraires sensibles, souvent centrés sur des personnages marqués par une perte ou une rupture, occupe également une place importante dans sa filmographie récente, notamment avec The Storied Life of A.J. Fikry.