Родился 16 декабря 1916 года в селе Княжево ныне Моршанского района Тамбовской области в семье крестьянина. Русский. Образование среднее. После окончания педагогических курсов работал учителем в школе № 12 города Улан-Удэ. Учился в Улан-Удэнском аэроклубе, открытом 4 февраля 1934 года. . В Красной Армии с 1938. Окончил Батайскую военную авиационную школу лётчиков в 1940 году.
Участник Великой Отечественной войны с июня 1941 года. Лётчик 158-го истребительного авиационного полка (39-я истребительная авиационная дивизия, Северный фронт) кандидат в члены КПСС младший лейтенант Харитонов в конце июня 1941 в воздушном бою над Ленинградом, израсходовав все боеприпасы, таранил самолёт противника. Звание Героя Советского Союза присвоено 8 июля 1941 года. Член КПСС с 1942 года.
После войны продолжал службу в ВВС. В 1953 году окончил Военно-воздушную академию. С 1955 года полковник Харитонов — в запасе. Жил в Донецке. Работал в штабе Гражданской обороны города.
Награждён 2 орденами Ленина, орденом Отечественной войны 1 степени, Красной Звезды, медалями.