Антон Хансен родился 30 января 1878 года на хуторе Таммсааре-Пыхья в волости Альбу в крестьянской семье. Незадолго до этого родители купили хутор в долг, на выплату которого ушло несколько лет. Название родного хутора писатель позже сделал своим литературным псевдонимом.
Двое из двенадцати детей супругов Хансенов умерли во младенчестве. Антон родился четвёртым.
Родители с раннего детства уделяли много внимания религиозному воспитанию и музыкальному образованию детей. У матери был хороший голос, она знала немало народных песен. Дети обучались игре на кантеле. Антон оказался самым способным к музыке и отец купил ему скрипку. Некоторое время будущий писатель даже мечтал стать профессиональным музыкантом.
В восьмилетнем возрасте Таммсааре поступил в волостную школу в Приюмли, в десяти километрах от хутора. Его учителем стал Антс Тисс, человек необычайно трудолюбивый, который старался передать своим ученикам все знания, которыми владел. Уже в это время Антон Хансен начал писать стихи.
В 1892 году Антон смог продолжить своё образование в приходской школе в Вяйке-Маарья, которую возглавлял поэт и переводчик Якоб Тамм. Он подарил всем своим ученикам сборник своих стихов «Пробудившиеся голоса». Многие стихи Тамма Антон выучил наизусть. Он на всю жизнь запомнил литературные наставления своего учителя: писать ясно, естественно и просто. В Вяйке-Маарья Антон Хансен встречал и других поэтов. Всё это способствовало тому, что интерес Хансена к литературному творчеству стал перерастать в устойчивое увлечение.
В 1898 году, окончив школу, Хансен отправляется в Юрьев (ныне Тарту), чтобы продолжить учёбу в гимназии Хуго Треффнера. Это училище было интересно тем, что туда можно было поступить в любом возрасте и с любой подготовкой. В гимназии был многочисленный и пёстрый состав учеников: там учились как богатые, так и бедные. Это была поистине редкая галерея типов для будущего писателя, впоследствии Таммсааре изобразил её во втором томе своей эпопеи «Правда и справедливость».
Чтобы иметь возможность платить за обучение, Антон выполнял различные работы по дому, на кухне, а также проводил уроки в подготовительном классе.
Выпускные экзамены на аттестат зрелости Антон Хансен сдавал в 1903 году в Нарвской гимназии. К этому времени он уже опубликовал 20 своих рассказов.
С 1903 года писатель работал в редакции ревельской газеты «Вестник». Здесь он познакомился с известными деятелями эстонской культуры — Э. Вильде, А.Лайкмаа и другими. Главным редактором газеты был Константин Пятс, в будущем ставший президентом Эстонской Республики.
Газета «Вестник», выходившая с 1901 года, отдавала приоритет экономическим интересам трудового люда и явилась выразителем интересов поднимающейся эстонской нации. В этой газете увидели свет многие рассказы молодого автора, включая «Знаменательный день», «Это верно», «Ради спасения», «Газетчица номер семнадцать» и другие.
Уже в самом начале литературной деятельности Таммсааре проявил себя как аналитик и летописец эстонского общества. Его герои — простые люди, крестьяне, бобыли, арендаторы. В повседневной жизни возникают конфликты то между мужем и женой, то между родителями и детьми, то враждуют соседи. Рассказы Таммсааре по манере изложения близки к повествованию мудрых народных сказителей прошлого.
В 1907 году газета была закрыта. Вскоре после этого Таммсааре поступил на юридический факультет Юрьевского университета, где проучился четыре года.
Весной 1911 во время сдачи государственных экзаменов у него был выявлен туберкулёз лёгких, а позже и язва. Он вынужден был прервать учёбу и уехать лечиться на Кавказ, где провёл последующие семь лет. В это время он пишет очерки об эстонских переселенцах на Кавказ, философскую повесть «Мальчик и бабочка» и роман «Хозяин усадьбы Кырбоя», а также переводит на эстонский язык произведения Достоевского. В посёлке Эсто-Садок вблизи Сочи в настоящее время открыт Дом-музей писателя.
В 1919 году Антон Таммсааре вернулся в Таллин и женился на Кэте-Амали Вельтман. По возвращении на родину он пишет романы «Новый Ванапаган из Пыргупыхья», «Жизнь и любовь», «Я любил немку». Вершиной творчества Таммсааре стал пятитомный роман «Правда и справедливость».
Ещё в молодости, учась в гимназии, Антон Хансен мечтал о том, чтобы у эстонцев была национальная эпопея о крестьянской жизни, подобная «Войне и миру» Льва Толстого у русских. Спустя много лет, в 1926 году, увидела свет первая книга пятитомной эпопеи «Правда и справедливость». С этим произведением Антон Таммсааре стал известен каждому эстонцу как мыслитель, философ, исследователь, художник-созидатель. Он стал самым читаемым писателем Эстонии. В 1933 году был издан последний, пятый том.
Жизнь писателя оборвалась 1 марта 1940 года в его рабочем кабинете за письменным столом.
В 1978 году общественность отмечала 100-летие со дня рождения писателя. В центре Таллина у Театра оперы и балета «Эстония» был открыт памятник, авторами которого стали скульптор Яак Соанс и архитектор Ранто Лупп.
В Таллине так же есть улица А.Таммсааре.