Beslutet hade inte grundats på en granskning av Hamas handlingar, utan på "faktiska imputationer som härrör från pressen och internet", konstaterade domarna.
Domstolen sade att flytten var teknisk och inte en omprövning av Hamas klassificering som terroristgrupp.
Det sades att en frysning av finansieringen av gruppen tills vidare skulle fortsätta.
Hamas dominerar Gaza och utkämpade ett 50-dagarskrig med Israel tidigare i år. Enligt dess stadga är rörelsen engagerad i Israels förstöring.
Som svar på den regerande israeliska premiärministern Benjamin Netanyahu sade Hamas var en "mördande terroristorganisation" som bör sättas tillbaka på listan omedelbart.
Israel, Förenta staterna och flera andra nationer har utsett Hamas till terroristorganisation på grund av sin långa historia av attacker och sin vägran att avstå från våld.
Hamas, som grundades 1987, vann palestinska parlamentsval 2006 och stärkte sin makt i Gaza följande år efter att ha kastat ut sina rivaler i Fatah.
Dess anhängare ser den som en legitim motståndsrörelse mot Israel, med vilken den har kämpat i åratal.
I december 2001 antog Europeiska unionens råd, som företrädde medlemsstaternas regeringar, en "gemensam ståndpunkt" och en förordning för att bekämpa terrorism.
Den upprättade en förteckning över angivna enheter och personer vars tillgångar skulle frysas. Hamas militära flygel, Izz al-Din Qassam Brigaderna, nämndes på den ursprungliga listan, och dess politiska flygel lades till två år senare.
Hamas bestred beslutet och i onsdags konstaterade EU:s tribunal att det "inte hade grundats på handlingar som granskats och bekräftats i beslut av behöriga myndigheter utan på faktiska imputationer som härrör från pressen och Internet".
Domstolen sade att den därför ogiltigförklarade Hamas utnämning, men att den tillfälligt skulle behålla befintliga åtgärder mot gruppen "för att säkerställa effektiviteten av eventuell framtida frysning av tillgångar".
Detta skulle bibehållas i tre månader, eller, om ett överklagande görs till EG-domstolen, till dess att det har avslutats, tillade det.
"Domstolen betonar att dessa ogiltigförklaringar, av grundläggande procedurskäl, inte innebär någon väsentlig bedömning av frågan om klassificeringen av Hamas som en terroristgrupp i den mening som avses i den gemensamma ståndpunkten."
Hamas biträdande politisk ledare Moussa Abu Marzouk sade att beslutet var "en korrigering av ett historiskt misstag".
"Hamas är en motståndsrörelse och det har en naturlig rätt enligt alla internationella lagar och normer att motstå ockupationen", berättade han för nyhetsbyrån Reuters.
Men Europeiska kommissionens taleskvinna Maja Kocijancic sade att EU fortsatte att "betrakta Hamas som en terroristorganisation" och skulle överväga sitt svar på domen.
Den israeliske ekonomiministern kallade domstolens beslut omoraliskt.
"Israel är starkt och kan försvara sig mot sina fiender, men de som kommer att lida av att stärka terroristgrupper kommer att vara européerna själva", varnade Naftali Bennett.
Timmar efter utslaget antog Europaparlamentet en kompromissresolution till stöd för "i princip erkännande av den palestinska staten och den tvåstatslösningen" och krävde att fredssamtalen mellan Israel och palestinierna skulle "utvecklas".
Den ursprungliga texten hade krävt ett ovillkorligt erkännande, i linje med resolutioner som antagits av flera nationella lagstiftande organ under de senaste månaderna.
En högsta domstol i Europeiska unionen har ogiltigförklarat blockets beslut att hålla den palestinska islamistiska rörelsen Hamas på en lista över terroristgrupper.