Родился 29 сентября 1943 года в Ардакане провинции Йезд в семье аятоллы. Его младший брат, Мохаммад Реза Хатами, с 1983 женат на внучке аятоллы Хомейни Захре.
В 19 лет уехал в Кум, где изучал теологию. В 1965 году поступил в Исфаханский университет, в 1969 году получил степень бакалавра философии. В том же году был призван на службу в вооружённые силы Ирана. В 1970 году продолжил обучение в Тегеранском университете, после чего возвращается в Кум.
В 1970-х годах начинает сотрудничество с силами, находящимися в оппозиции к шаху Мохаммед Реза Пехлеви. В 1978 году избран главой Исламского центра в Гамбурге в Германии. После победы Исламской революции избран депутатом от Ардакана.
С 1982 по 1992 год был министром культуры Ирана. В 1992 году назначен советником президента и главой Национальной библиотеки. Преподавал в высших учебных заведениях Ирана.
23 мая 1997 года избран президентом Ирана, получив 69,5 % голосов избирателей. Провозгласил о начале проведения политики терпимого отношения к культуре и установления более тесных связей со странами Запада. В 2001 году был переизбран на второй срок.
Владеет, помимо фарси, азербайджанским, арабским, английским и немецким языками. Женат, трое детей.
Выступая в Гарвардском университете 11 сентября 2006 года Хатами сказал, что в исламе гомосексуализм является преступлением, а преступления должны наказываться. При этом он отметил, что применение смертной казни для гомосексуалов может быть предметом дискуссий. Отвечая на вопрос об оценке событий 11 сентября 2001 года, Хатами сказал, что «те, кто ввергают в ад других, никогда не достигнут рая».
В 2002 году была присуждена Международная премия «Диалог цивилизаций».