Hans Midbøe var en betydelig og mangesidig humanistisk forsker, professor i litteraturhistorie og i teaterhistorie, og med et interessefelt som strekker seg fra norsk og latinsk middelalderlitteratur til svensk, dansk, tysk og engelsk romantisk poesi og nordisk 1890-årsdiktning.
Midbøe vokste opp på Hamarøy og tok examen artium på latinlinjen ved Orkdal landsgymnas 1935. Han avla bifagseksamener i norsk og tysk ved Universitetet i Oslo 1939, og ble 1942 mag.art. med folkeminnevitenskap og kirkehistorie støttefag og litteraturhistorie hovedfag. Han var amanuensis ved Norsk Historisk Kjeldeskrift-Institutt 1943–47 og universitetsstipendiat ved Universitetet i Oslo 1947–53, unntatt året 1949/50 da han arbeidet som nordisk dosentstipendiat ved Göteborgs Högskola. 1954–55 vikarierte han som professor ved Universitetet i Bergen, og sistnevnte år ble han utnevnt til dosent i norsk litteraturhistorie ved Norges Lærerhøgskole i Trondheim. Midbøe tapte i konkurransene om et dosentur ved Universitetet i Oslo 1954 og om det prestisjetunge professoratet etter Francis Bull 1958, men opplevde den oppreisning at hans dosentur i Trondheim samme år ble omgjort til et personlig professorat. 1973 ble han dosent og 1980 professor i teatervitenskap ved Universitetet i Oslo. Han tok avskjed ved oppnådd aldersgrense 1985.
Midbøes faglige produksjon utmerker seg ved usedvanlig bredde og vidt spenn i rom og tid. Metodisk sett var han tilhenger av en moderat historisme som også kunne oppta i seg tekstanalyse, slik nykritikerne ivret for. 1946 disputerte han for doktorgraden ved Universitetet i Oslo på en avhandling om Romantikkens balladediktning. – Mytiske motiver. Det er en velorganisert, komparativ presentasjon av et utvalg av kunstballader som ble til i Skandinavia, Tyskland og Storbritannia og som har middelalderlige forbilder både når det gjelder form og innhold.
Allerede året etter kom hans varme og fine biografi om Petter Dass. Den ble utgitt på ny 50 år senere. Fra barokken vendte Midbøe seg mot norsk middelalder. Avhandlingene Historia de profectione danorum in Hierosolymam (Historien om danenes reise til Jerusalem) og Draumkvedet vitner om stor kildekunnskap og om en forskerfantasi som innbød til noe kritikk. Viktigst av alle Midbøes lokalhistoriske arbeider fra hans trondheimstid er Det Kongelige Norske Videnskabers Selskabs Historie 1760–1960. Det utkom i to svære bind på mer enn 700 sider ved jubileet 1960. Det er en lærdomshistorisk bedrift som skildrer det berømmelige selskaps stiftelse og dets virksomhet innenfor både humaniora og naturvitenskaper i 200 år.
1964–66 utgav Midbøe et firebindsverk om Jonas Lie med hovedtittel Dikteren og det primitive. Et hovedmotiv i Lies forfatterskap utgjøres ifølge Midbøe av aggressive og destruktive sinnskrefter som kan sprenge forstandens og viljens kontroll. Dette motivet finner han rikest utformet i Lies diktning i 1890-årene.
Mot slutten av det Midbøe oppfattet som sitt trondheimseksil, viet han seg til teaterhistoriske studier. Han publiserte således 1969 en grundig studie om Max Reinhardts iscenesetting av Ibsens Gengangere i Berlin 1906. Dette arbeidet ble oversatt til tysk 1978.
Etter at Midbøe hadde flyttet til Oslo igjen, utgav han 1976–80 et velfundert teaterhistorisk trebindsverk, Peer Gynt. Teatret og tiden. Han begynner med urpremièren ved Christiania Theater 1878, stanser lenge opp ved den radikale nyinnstuderingen av dramaet ved Det Norske Teatret 1948 og ender med en nymodernistisk oppsetning ved Ålborg teater 1978.
Som pensjonist utgav Midbøe dokumentarromanen Camilla. Den skildrer den ulykksalige kjærlighetshistorien mellom Camilla Collett og Johan Sebastian Welhaven og ble kronet med førstepremien i Aschehougs konkurranse om beste kjærlighetsroman.
Hans Midbøe fungerte i en periode som prorektor ved Universitetet i Trondheim og var bl.a. styremedlem ved Statens teaterskole og Oslo teatermuseum. Fra 1955 var han medlem av Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab og fra 1969 også av Det Norske Videnskaps-Akademi.