Трижды Герой Социалистического Труда, академик АН СССР, доктор физико-математических наук
Родился в Санкт-Петербурге, в семье журналиста.
С 13 лет одновременно с учёбой в реальном училище работал — письмоводителем, учеником механика, монтером.
В 1920 – 1925 годах — студент электромеханического факультета Политехнического института, с весны 1921 года — студент физико-механического факультета.
В 1921 – 1931 годах проводил научно-исследовательскую работу в Физико-техническом институте (г. Ленинград), под руководством Николая Николаевича Семёнова.
В 1926 – 1928 годах стажировался в Кавендишской лаборатории (Кэмбридж, Англия). Под руководством Эрнеста Резерфорда и Джеймса Чедвика получил степень доктора наук, тема диссертации: «О счёте сцинтилляций, производимых альфа-частицами».
По возвращении из командировки, занимался вопросами митогенетического излучения; в дальнейшем вернулся к химической кинетике — вопросам теории взрывчатых веществ.
В 1931 – 1946 годах был руководителем лаборатории взрывчатых веществ в Институте химической физики (г. Москва); проводил научные работы по детонации, теории горения и динамике взрыва.
По совместительству читал общий курс физики в Ленинградском индустриальном институте и редактировал журнал «Экспериментальной и теоретической физики».
С 1935 года — доктор физико-математических наук по совокупности работ.
В 1939 – 1941 годах вместе с Яковым Борисовичем Зельдовичем, впервые осуществил расчёт цепной реакции деления урана.
Участвовал в атомном проекте с 1945 года, распоряжением ГКО СССР от 20 августа 1945 года № 9887сс/ов «О специальном комитете [по использованию атомной энергии] при ГКО» был включён в состав Технического совета Специального комитета.
Ему в составе группы учёных на заседании 30 ноября 1945 года было поручено проанализировать все имеющиеся материалы о последствиях применения атомных бомб в Хиросиме и Нагасаки и определить эффективность фактора взрывной волны, фактора теплового и фактора радиоактивного излучения.
С 1946 года работал в КБ-11, ныне РФЯЦ-ВНИИЭФ – Российский федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики, г. Саров Нижегородская обл.: главный конструктор и научный руководитель КБ-11 при Лаборатории № 2 АН СССР.
К работе над реализацией ядерно-оружейной программы под его руководством были привлечены лучшие физики СССР.
В обстановке строжайшей секретности в Сарове велись работы, завершившиеся испытанием первых советских атомной (29 августа 1949) и водородной (12 августа 1953) бомб.
В последующие годы работал над сокращением веса ядерных зарядов, увеличением их мощности и повышением надёжности.
Член-корреспондент АН СССР (04.12.1946). Академик АН СССР (23.10.1953).
Депутат Верховного Совета СССР 3-11 созывов (1950-1989 гг.).
Трижды Герой Социалистического Труда (29.10.1949; 08.12.1951; 04.01.1954).
Лауреат трёх Сталинских премий (1949; 1951;1953).
Лауреат Ленинской премии (1956).
Почётный гражданин города Арзамас-16 (01.10.1979).
Жил и умер в городе Сарове.
Похоронен на Новодевичьем кладбище в Москве.
Награды: ордена Ленина (29.10.1949; 11.09.1956; 07.03.1962; 27.02.1964; 26.02.1974; 24.02.1984); Октябрьской Революции (26.04.1971); Трудового Красного Знамени (10.06.1945); Красной Звезды (24.09.1944). Золотая медаль имени И. В. Курчатова (1974). Большая золотая медаль имени М. В. Ломоносова (1982).
Память: как дань памяти учёного в городе Сарове ежегодно с 1 марта 2001 года проводится научная конференция школьников со всей России "Школьные харитоновские чтения".
В городе Сарове его именем названа улица и около Дома учёных установлен бюст.
На здании ВНИИ экспериментальной физики (проспект Мира, 37), где он работал и на доме где он жил (улица Зелёная, 1), установлены мемориальные доски.
В этом же доме открыта музей-квартира учёного.
