Recita al fianco di [[Seth Rogen]] nel [[2011]] nel film ''[[The Green Hornet (film 2011)|The Green Hornet]]'', mentre nel [[2012]] diventa uno dei protagonisti del film ''[[End of Watch - Tolleranza zero]]'', di [[David Ayer]].<ref name=":3" /> Prende parte, nel [[2014]], ad alcuni episodi della prima stagione della serie televisiva ''[[Manhattan (serie televisiva)|Manhattan]]'', recitando la parte del dottor Reed Akley.<ref name=":2" /> Nel [[2014]] diventa uno dei protagonisti della serie televisiva ''[[State of Affairs]]'', interpretando il ruolo del politico David Patrick.<ref name=":2" /> La serie viene cancellata nel [[2015]], dopo una sola stagione. Sempre nello stesso anno interpreta una parte nel film di [[Scott Cooper]], ''[[Black Mass - L'ultimo gangster]]''. Sempre nel 2014 era presente nel cast del film ''[[The Equalizer - Il vendicatore|The Equalizer - Il Vendicatore]]''.<ref>{{Cita web|url=https://deadline.com/2013/07/david-harbour-equalizer-movie-casting-538158/|titolo=David Harbour Joins Sony’s ‘The Equalizer’|data=2013-07-10|lingua=en|accesso=2021-04-24}}</ref>
Nel [[2016]] ottiene la parte di Dexter Tolliver, nel film del [[DC Extended Universe]], ''[[Suicide Squad (film 2016)|Suicide Squad]]''.<ref>{{Cita web|url=https://www.businessinsider.in/entertainment/every-character-in-suicide-squad-ranked/slidelist/53563541.cms|titolo=Every character in 'Suicide Squad,' ranked|lingua=en|accesso=2021-04-24}}</ref> Sempre nel 2016 è entrato nel cast della serie televisiva targata [[Netflix]], ''[[Stranger Things]]'', in cui ha interpretato il ruolo di Jim Hopper.<ref>{{Cita web|url=https://www.repubblica.it/serietv/netflix/2020/10/02/news/stranger_things_sono_partite_le_riprese_della_quarta_stagione-269198301/|titolo='Stranger Things', sono (ri)partite le riprese della quarta stagione|data=2020-10-02|accesso=2021-04-24}}</ref> Inoltre, nel [[2017]], prende parte al film ''[[Sleepless - Il giustiziere]]'', assieme a [[Jamie Foxx]].<ref>{{Cita web|url=https://video.repubblica.it/spettacoli-e-cultura/sleepless-jamie-foxx-papa-poliziotto-in-una-lotta-contro-il-tempo/266761/267139|titolo='Sleepless' Jamie Foxx papà poliziotto in una lotta contro il tempo|data=2017-02-02|accesso=2021-04-24}}</ref> Nel [[2019]] ottiene il ruolo di [[Hellboy]] nell'[[Hellboy (film 2019)|omonimo film reboot]], diretto da [[Neil Marshall]].<ref>{{Cita news|url=https://ricerca.repubblica.it/repubblica/archivio/repubblica/2019/04/12/hellboy-regia-di-neil-marshall-con-david-harbour-milla-jovovichMilano21.html|titolo=Hellboy Regia di Neil Marshall, con David Harbour, Milla Jovovich|pubblicazione=la Repubblica|data=12 aprile 2019|p=21|accesso=24 aprile 2021}}</ref><ref name=":0">{{Cita web|url=http://www.bestmovie.it/curiosita/david-harbour-stranger-things/690716/|titolo=David Harbour Stranger Things: è lo sceriffo di Hawkins Jim Hopper|autore=Sara Palmas|data=12 aprile 2019|accesso=23 settembre 2019}}</ref> Nell'aprile dello stesso anno ha ottenuto il ruolo del [[Guardiano Rosso]], la controparte russa di [[Capitan America]], nel film del [[Marvel Cinematic Universe]], ''[[Black Widow (film 2021)|Black Widow]]'', diretto da [[Cate Shortland]].<ref>{{Cita web|url=https://www.hollywoodreporter.com/heat-vision/david-harbour-joins-scarlett-johansson-black-widow-1198884|titolo='Stranger Things' Star David Harbour Joins Scarlett Johansson in Marvel's 'Black Widow' (Exclusive)|data=2019-04-03|lingua=en|accesso=2021-04-24}}</ref>
