Od 1883 mieszkał z rodziną w Wiedniu. Studiował prawo na Uniwersytecie Wiedeńskim, w 1906 obronił doktorat, w 1911 habilitował się. Od 1919 był profesorem prawa publicznego i administracyjnego na Uniwersytecie Wiedeńskim, pracował nad projektem konstytucji austriackiej z 1920, został mianowany dożywotnim członkiem Trybunału Konstytucyjnego. Zmiana klimatu politycznego doprowadziła jednak do usunięcia Kelsena, sympatyzującego z socjaldemokracją, w 1930. Wyjechał wówczas do Kolonii, gdzie był profesorem miejscowego uniwersytetu. Po dojściu do władzy Hitlera w 1933 przeniósł się do Genewy, a w 1940 do USA, gdzie pozostał do końca życia. Był m.in. profesorem Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley.