Im Jahr 1994 ließ sich Hansen von den kanadischen Streitkräften rekrutieren und diente dort als Kampfpilot des CF-18-Jets, der kanadischen Version der F/A-18. Er war außerdem bei einem Geschwader in Cold Lake stationiert, wo er für die Betreuung der NORAD-Luftverteidigungsoperationen zuständig war. Hansen, der während seiner aktiven Dienstzeit mehrmals zu Einsätzen in die Vereinigten Staaten und nach Europa berufen wurde, hat den Dienstgrad eines Oberst inne.[1]
Am 13. Mai 2009 berief die kanadische Raumfahrtagentur (CSA) Hansen als Mitglied der dritten kanadischen Raumfahrergruppe in ihren Astronautenkader.[2]
Hansen absolvierte bis September 2011 zusammen mit US-amerikanischen Raumfahrern am Johnson Space Center in Houston die Ausbildung zum Missionsspezialisten. Anschließend arbeitete er im JSC im Bereich für den ISS-Betrieb und sollte die Astronauten der ISS-Expeditionen 33 und 34 unterstützen, an denen auch der kanadische Astronaut Chris Hadfield teilnahm.[3]
Im Zeitraum vom 20. bis 26. Oktober 2011 war er Capcom der Unterwassermission NEEMO-15.
Der nächste Raumflug mit kanadischer Beteiligung wurde von Dezember 2018 bis Juni 2019 von seinem Kollegen David Saint-Jacques durchgeführt.
Am 3. April 2023 wurde Hansen zusammen mit Reid Wiseman, Victor Glover und Christina Koch als Besatzungsmitglied von Artemis 2 vorgestellt, dem ersten bemannten Mondflug seit Apollo 17. Hansen erhielt dabei die Funktion eines Missionsspezialisten.[4] Die Mission startete am 1.April 2026 und umrundete fünf Tage später den Mond. Er wurde damit zum ersten Nicht-US-Amerikaner auf einem Mondflug. Zusammen mit seinen drei Begleitern stellte er einen neuen Rekord für die größte Entfernung von der Erde auf, die bisher von Menschen erreicht wurde (etwa 406.770 km).