Рассел родился 16 сентября 1903 года в Лос-Анджелесе, штат Калифорния, в семье Фрэнка и Берты Харлан, уроженцев Айовы и Миссури. Рассел рос в Лос-Анджелесе вместе со своим младшим братом Ричардом (р. 1911). С семьей также жила его бабушка по отцовской линии Сара Дж.
Харлан начинал в киноиндустрии как актер и каскадер, а к началу 1930-х годов работал за камерой в качестве ассистента. Его первая работа в качестве ведущего кинооператора состоялась в 1937 году, когда он снял четыре вестерна "Хопалонг Кэссиди" для компании Harry Sherman Productions. Карьера Харлана как кинематографиста длилась около тридцати трех лет - с 1937 по 1970 год. Он шесть раз номинировался на премию "Оскар" за лучшую операторскую работу, в том числе дважды в 1962 году за фильмы "Хатари!" и "Убить пересмешника".
