Dr. Harmeling studierte Mathematik und mathematische Logik an der Universität Münster (Dipl. Math 1998) und Informatik mit dem Schwerpunkt Künstliche Intelligenz an der Stanford University (MSc 2000). Während seiner Promotion war er Mitglied der Forschungsgruppe von Prof. Klaus-Robert Müller am Fraunhofer-Institut FIRST (Dr. rer. nat 2004). Danach war er zwei Jahre lang Marie-Curie-Stipendiat an der Universität von Edinburgh (2005-2007). Seit 2007 arbeitet er am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Bernhard Schölkopfs Abteilung für Empirische Inferenz, die später in das neue Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme in Tübingen integriert wurde. Im Jahr 2014 wurde er Professor für Maschinelles Lernen an der HHU Düsseldorf und seit März 2022 ist er Professor für Künstliche Intelligenz an der TU Dortmund, Deutschland. Seine Interessen umfassen alle Aspekte des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz, derzeit insbesondere Anwendungen auf inverse Probleme, Deep Learning, Reinforcement Learning und kausale Inferenz.