В 1930 году Харлоу окончил Стэнфордский университет, где получил степень бакалавра, а впоследствии получил степень доктора философии в психологии.
Профессор Висконсинского университета в 1930—1974 годах. Президент Американской психологической ассоциации (АПА) в 1958 году.
Вклад Харлоу в психологию складывается из эмпирических открытий, сделанных в таких областях как научение решению задач и развитее систем аффективных привязанностей. Во всех случаях исследования проводились на макаках-резусах и имели далекоидущие последствия. Также исследовал поведение военнослужащих США, побывавших в плену во время корейской войны.
Награжден медалью Говарда Кросби Уоррена Общества психологов-экспериментаторов в 1956 году. Получил награду АПА «За выдающийся вклад в науку» (1960), золотую медаль АПА (1973), «Международную научную медаль» (1975).