Fils d'un fonctionnaire, Blech entre à l'école du théâtre dans sa ville natale et fait ses débuts à Baden-Baden. Il joue dès 1937 à Kiel, Fribourg et Leipzig. En 1939, il se lance dans le cinéma dans Le dernier appel (Der letzte Appell) sous la direction d'
Emil Jannings, film dans lequel il campe un matelot révolutionnaire. Mais ce film reste inachevé à cause de la guerre. En 1940, il est enrôlé dans la Wehrmacht et combat sur le front de l'est, où il est victime d'un accident de voiture qui lui laissera une cicatrice au visage. Il finit la guerre en captivité en Grande-Bretagne.
A partir de 1947, il joue au théâtre Kammerspiele à Munich, puis en 1955 il se produit dans d'autres grands théâtres : Hambourg, au Volksbühne Berlin, au Schauspielhaus de Zurich, Francfort-sur-le-Main, Stuttgart et au Burgtheater de Vienne. Durant cette période, il collabore avec Erich Engel, Heinz Hilpert, Bertolt Brecht, Fritz Kortner ainsi que Hans Schweikart et joue entre autres dans
Woyzeck et La Mort de Danton de Georg Büchner, Maître Puntila et son valet Matti de Brecht et Richard III de Shakespeare.
Sa carrière cinématographique débute réellement en 1948 avec la DEFA dans L'affaire Blum où il interprète un tueur perfide. Par la suite, il incarne souvent un soldat allemand (
Le jour le plus long,
Le Pont de Remagen), parfois désabusé (
La Bataille des Ardennes), mais également un détenu dans un camp de prisonniers (L'enclos) ou un résistant (Morituri). Sa maîtrise du français et de l'anglais lui ouvre la voie à de grosses productions hollywoodiennes et françaises, il collabore avec
Bernhard Wicki,
Anatole Litvak,
Ken Annakin et John Guillermin, mais aussi avec
Claude Chabrol et Patrice Chéreau ainsi qu'avec des réalisateurs du Nouveau Cinéma allemand, tels
Wim Wenders et Hans W. Geißendörfer.
Au milieu des années 1970, il se fait plus présent à la télévision où il incarne souvent des personnages brisés.
Marié depuis 1952 avec l'actrice Erni Wilhelmi, Hans Christian Blech décède d'une crise cardiaque à Munich le 5 mars 1993.