Hans Hirschmüller wurde am 15. März 1940 in Rumänien geboren. Von 1961 bis 1964 nahm er Schauspielunterricht bei Hans Baur in München und gab anschließend sein Kinodebüt in dem Kurzfilm "Die Versöhnung" (1964, Regie: Rudolf Thome). 1967 gründete er zusammen mit Ursula Strätz und Horst Söhnlein in München das Aktion-Theater. Zwischen 1969 und 1972 wirkte er in fünf Filmen von Rainer Werner Fassbinder mit; für die Hauptrolle des Obsthändlers Hans Epp in "Händler der vier Jahreszeiten" erhielt er 1972 den Deutschen Filmpreis.  

Nach seiner Zeit mit Fassbinder wurde Hirschmüller im Kino von unterschiedlichsten Regisseuren besetzt, meist in kleineren Nebenrollen: Von Ulli Lommel in "Die Zärtlichkeit der Wölfe" (1973), von Wim Wenders in "Alice in den Städten" (1974), von Peter Zadek in "Eiszeit" (1974), von Peter F. Bringmann in der Ruhrpoot-Komödie "Aufforderung zum Tanz" (1977). In Percy Adlons Sophie-Scholl-Charakterstudie "Fünf letzte Tage" (1982) spielte er einen Gestapo-Beamten, in der "Tatort"-Folge "Haie vor Helgoland" (1984) einen Schurken. Daneben hatte er seit den 1960er-Jahren Theaterengagements, unter anderem in Stuttgart, Bremen, Bochum, Berlin, Hamburg und München. Als Theaterregisseur inszenierte er hauptsächlich Stücke von Fassbinder. 

1990 drehte Hirschmüller "Sehnsucht nach Sodom" (zusammen mit Hanno Baethe), einen Dokumentarfilm über den Aids-Tod des Schauspielers und Ex-Fassbinder-Mitarbeiters Kurt Raab. Für diesen Film wurden die beiden Regisseure mit dem Grimme-Preis ausgezeichnet. In den folgenden Jahrzehnten sah man Hirschmüller nur noch sehr vereinzelt in Fernsehproduktionen, etwa als Kommissar in der "Polizeiruf 110"-Folge "Kopfgeldjäger" (1999) und als alten Mann in Jo Baiers Nachkriegsdrama "Verlorenes Land" (2002). 

2004 gründete Hirschmüller zusammen mit Ellen Wittmann und Alice Klötzel in Neuburg an der Donau das papp&klapp-Theater. Dort brachte er sein eigenes Stück "Hundlich" zur Uraufführung. Bei den Festspielen Röttingen wurde 2007 sein Stück "Rumpelstilzchens Rache" uraufgeführt. Als Schauspieler sah man ihn am Torturmtheater Sommerhausen, als Regisseur inszenierte er bei den Clingenburg Festspielen 2010 das Stück "Ronja Räubertochter" und 2011 das Kinder-Musical "Mein Freund Wickie".  

2011 zog Hans Hirschmüller nach Berlin, wo er Fassbinders "Anarchie in Bayern (2012) und "Angst essen Seele auf" (2013) sowie David Mamets "Oleanna" (2015) inszenierte. Erneut am Torturmtheater Sommerhausen stand er 2018 in "Ein bisschen Ruhe vor dem Sturm" auf der Bühne.