Hanssen-Bauer har sin utdannelse fra Universitetet i Bergen, der hun i 1989 tok doktorgraden på klimatiske effekter av Alta-utbygginga. Hennes viktigste forskningsfelt er historisk og framtidig klimautvikling i Norge og Arktis. Hun er ansatt ved Meteorologisk institutt, der hun fra 2007 var leder for Seksjon for klimaforskning. Fra oktober 2010 var hun professor ved Høgskolen i Telemarks avdeling i Bø.