Родился 11 августа 1975 года в Москве в семье художника-мультипликатора Андрея Хржановского. Окончил режиссерский факультет ВГИК (мастерская Марлена Хуциева). Работал в театре, в рекламе и на телевидении. В 1998 году совместно с Артемом Михалковым поставил короткометражный фильм «Остановка».
Его полнометражный фильм-дебют «4» (по сценарию Владимира Сорокина) удостоен наград в Роттердаме, а также на фестивалях «Кинотавр» и «Дух огня», номинирован на Приз европейской киноакадемии.
Проект «Дау», над которым режиссер работал много лет, был представлен в 2019 году в Париже, а в 2020 году на Берлинале, где получил приз за операторскую работу. Вокруг этого проекта, еще начиная с периода съемок в Харькове, шли острые споры, которые продолжаются и по сей день. В апреле 2020 года Хржановский подвергся критике со стороны украинских СМИ по поводу этого проекта и представленной им концепции Национального мемориала «Бабий Яр» (Киев), художественным руководителем которого он является.