David Harbour startede sin karriere på Broadway i slutningen af 90'erne. Sidenhen medvirkede han i mindre roller i tv-serien Law & Order og i filmene Brokeback Mountain, Revolutionary Road og Quantom of Solace. 

Harbours store gennembrud kom som politimanden Jim Hopper, i tv-serien Stranger Things. For denne rolle har han modtaget to Emmy-nomineringer, én Golden Globe nominering og vundet en Sceen Actors Guild Award.

David Harbour overtog i år 2019 rollen som Hellboy fra Ron Perlman i Neil Marshalls reboot af filmserien.