راسل در 16 سپتامبر 1903 در لس آنجلس، کالیفرنیا در خانواده فرانک و برتا هارلن، که اهل آیووا و میسوری بودند، به دنیا آمد. راسل همراه با برادر کوچکترش ریچارد (متولد 1911) در لس آنجلس بزرگ شد. مادربزرگ پدری او سارا جی. هارلان نیز با خانواده زندگی می کرد.

هارلن در صنعت سینما به عنوان یک بازیگر و بدلکار شروع به کار کرد و در اوایل دهه 1930 پشت دوربین به عنوان دستیار کار می کرد. اولین کار او به عنوان فیلمبردار اصلی بوددر سال 1937، زمانی که چهار فیلم وسترن «Hopalong Cassidy» را برای هری شرمن پروداکشنز فیلمبرداری کرد. هارلان یک حرفه ای به عنوان فیلمبردار داشت که حدوداً سی و سه سال از سال 1937 تا 1970 طول کشید. او شش بار نامزد جایزه اسکار بهترین فیلمبرداری شد، از جمله دو بار در سال 1962 برای فیلم هاتاری! و کشتن مرغ مقلد.