Francis Harbitz var professor i patologi og rettsmedisin ved universitetet i Kristiania/Oslo i nær 40 år og i nesten like lang tid leder av Den rettsmedisinske kommisjon. Han gjorde også en stor innsats som vitenskapelig forfatter og som formann i Den norske nationalforening mot tuberkulosen (nå Nasjonalforeningen for folkehelsen).
Harbitz mistet sin mor da han var bare fire år gammel og tilbrakte deler av oppveksten hos farfaren før han flyttet tilbake til faren, som hadde kjøpt Abbediengen gård i Vestre Aker. Han tok examen artium i Kristiania 1885, studerte deretter medisin og ble cand.med. 1892. To år senere etablerte han legepraksis i Kristiania og ble samtidig ansatt som assistent ved det patologisk-anatomiske institutt ved Rikshospitalet, som etter hvert skulle komme til å bli hans hovedarbeidsplass; privatpraksisen drev han frem til 1908. Han tok den medisinske doktorgrad 1897 på avhandlingen Om endokardit, dens patologiske anatomi og ætiologi.
Endokarditt (betennelse i hjertets indre hinne, særlig hjerteklaffene) var den gang en fryktet og forholdsvis hyppig sykdom, fordi den kunne komme som komplikasjon etter infeksjoner. Dette hadde lenge vært et sentralt forskningstema ved det patologisk-anatomiske miljøet på Rikshospitalet under professor Hjalmar Heibergs ledelse. Da Heiberg døde 1897, ble Harbitz konstituert som prosektor ved instituttet, og 1900 overtok han professoratet i patologisk anatomi og alminnelig patologi etter skarp konkurranse med Fredrik Gade (som han deretter i mange år samarbeidet med i Den rettsmedisinske kommisjon). Han innehadde professoratet til han nådde pensjonsalderen 1937; da ble professoratet delt i to (henholdsvis patologi og rettsmedisin), og Harbitz var konstituert i begge embeter til de ble besatt året etter.
Professoratet medførte også forpliktelse til å forelese rettsmedisin, og Harbitz' Lærebog i retsmedicin (1915) kom i hele 7 utgaver frem til 1957. Han ble medlem av Den rettsmedisinske kommisjon 1900 og var formann der 1912–46. Han var dessuten hovedlege for forsikringsselskapet Idun 1902–37. Harbitz var kjent for sin store arbeidskapasitet og sitt brede engasjement, og han hadde ry som en god vitenskapelig veileder. Han var formann i styret for Statens tandlægeinstitut 1909–19 og underviste i patologisk anatomi der frem til 1929; som pensjonist underviste han i samme fag ved Norges veterinærhøyskole 1938–41.
Tuberkulose var tidens svøpe, og sykdommen opptok patologer og mikrobiologer sterkt. Harbitz var formann for Den norske nationalforening mot tuberkulosen 1918–28. Ved tuberkulosekonferansen i Washington, D.C. 1926 ble han valgt til medlem av eksekutivkomiteen i den internasjonale tuberkuloseunion og innehadde vervet til 1930.
Harbitz' vitenskapelige publikasjonsvirksomhet var meget omfattende og dekket de fleste aktuelle emner innen patologi og rettsmedisin. I tillegg til doktoravhandlingen bør nevnes konkurranseavhandlingen fra 1900, Om de patologisk-anatomiske forandringer af neurotrofisk oprindelse, hans avhandling om tuberkulosens hyppighet, lokalisasjon og utbredelsesveier, spesielt hva angikk lymfeknutene, og tuberkulose hos barn, og hans bok om tuberkulosens etiologi, patogenese og patologiske anatomi. Han gav også ut en avhandling om poliomyelitt sammen med Olaf Scheel, og et større arbeid om aktinomykose (strålesopp) sammen med Nils Backer-Grøndahl. Müller-Harbitz' sykdom, en arvelig fettstoffskifteforstyrrelse med seneknuter, høyt blodkolesterol og høy ubehandlet dødelighet, har fått navn etter Carl Müller og Francis Harbitz. Harbitz var med i redaksjonen for flere fagtidsskrifter innen patologi, mikrobiologi og tuberkulose.
Francis Harbitz var medlem av Videnskabsselskabet i Kristiania (nå Det Norske Videnskaps-Akademi) fra 1901 og formann i Det norske medicinske Selskab 1928–30. Han foretok en rekke utenlandsreiser, både i studieøyemed og for å delta i møter og kongresser, og han var medlem av en rekke utenlandske medisinske selskaper. Han var dessuten medlem av Kristiania formannskap 1917–19 og av bystyret 1920–22 (formann i sykehusutvalget). Han ble utnevnt til ridder av 1. klasse av St. Olavs Orden 1925, og han var kommandør av den svenske Vasaorden og ridder av Dannebrogordenen, Nordstjärneorden og Æreslegionen.