Nato dal primo matrimonio dell'attore Tom Hanks (finito con un divorzio quando aveva 10 anni) con l'attrice Samantha Lewes, morta per un cancro alle ossa nel 2002, ha una sorella, Elizabeth (nata nel 1982), e due fratellastri, Chester e Truman, nati dal secondo matrimonio del padre. Debutta nel 1996 ottenendo una parte nel film Music Graffiti, esordio alla regia del padre. Dal 1999 al 2001 interpreta Alex Whitman nella serie tv Roswell, e in seguito partecipa alla mini-serie Band of Brothers - Fratelli al fronte. Successivamente è protagonista del film Orange County (2002) e partecipa al film Ore 11:14 - Destino fatale (2003). Dopo piccole apparizioni in serie tv come The O.C. e Numb3rs, partecipa al blockbuster di Peter JacksonKing Kong (2005), seguito dalla commedia Tenacious D e il destino del rock.
Nipote dell'attore Jim Hanks e accanito tifoso della squadra di baseball San Francisco Giants, l'8 maggio 2010 Hanks ha sposato la responsabile delle relazioni esterne Samantha Bryant, dalla quale ha avuto due figlie, Olivia Jane nel 2011 e Charlotte Bryant nel 2013.
Nelle versioni in italiano delle opere in cui ha recitato, Colin Hanks è stato doppiato da:
Stefano Crescentini in Orange County, King Kong, Nella rete del serial killer, La strana coppia, Parkland, NCIS - Unità anticrimine, Life in Pieces, The Offer, A Friend of the Family, Io sono nessuno 2