Harlem har en solid karriere bak seg, både som jurist, politiker, leder i offentlig forvaltning og det private næringsliv har hun fått vist sitt engasjement og juridiske kompetanse.
Harlem ble cand.jur. ved Universitetet i Oslo med laud i 1990. Som student var hun også aktiv i Sosialdemokratisk Studentforbund, og hun satt i Universitetets akademiske kollegium. Etter studiet begynte hun hos Regjeringsadvokaten, men ble fort hentet til politikk, først som politisk rådgiver i Barne- og familiedepartementet (1990–1991), før hun ble byråd for barn og utdanning i Oslo (1992–1993) da Rune Gerhardsen dannet byråd. Etter å ha vendt tilbake til Regjeringsadvokaten flyttet Harlem i 1993 til Tromsø for å bli dommerfullmektig ved Nord-Troms herredsrett, hvor hun ble i to år før hun var tilbake i hovedstaden. Hun var tilbake som advokat hos Regjeringsadvokaten fra 1995 til 1997 og siden sjefsjurist i Kredittilsynet (1997–1998).
I 1998 ble Harlem ansatt som advokat hos Norsk Hydro. Her var hun blant annet leder for olje og gass-advokatene internt, og juridisk ansvarlig for fusjonsprosessen mellom Norsk Hydro og Saga Petroleum. Harlem vendte tilbake til det offentlige under den første regjeringsperioden til Jens Stoltenberg, som justisminister fra 2000 til 2001. Neste stopp på reisen førte henne tilbake til Norsk Hydro som assisterende direktør (2001–2004), med lederansvar for krafthandels- og kraftmarkedsavdelingen.
I 2004 ble Harlem universitetsdirektør ved Universitetet i Oslo. Her hadde hun det øverste administrative ansvaret for Universitetet i Oslo med 7000 ansatte og 27 000 studenter. I perioden 2011 til 2019 var Harlem kommuneadvokat i Oslo. Her var hun leder og faglig ansvarlig for ca. 20 advokater som håndterer alle rettssaker og rådgivningssaker for Oslo kommune. I oktober 2019 valgte Stortinget Harlem til ny sivilombudsmann.
Gjennom sin karriere har hun engasjert seg i flere verv både i det offentlige og private næringsliv. Det er verdt å nevne at hun har vært styreleder i Helse Sør-Øst (2007–2011), sittet i styret til både Handelshøyskolen BI og Oslo Energi (1996–1997). Hun har også vært styremedlem i Aker ASA, Hafslund ASA, Gaz de France Norge AS og sittet i hovedstyret til NHO (2002–2004). I dag er Harlem leder av tvisteløsningsnemnda for Helse- og omsorgssektoren, hun sitter i Fagutvalget forvaltningsrett og statsrett – Juristenes utdanningssenter og er med i landsstyret i Den norske turistforening.
Bøker av Hanne Harlem