Sie kam 1929 als Stipendiatin des Deutschen Akademischen Austauschdienstes nach Deutschland, dabei führten sie auch Studien nach Berlin. Seit 1931 arbeitete sie als Lektorin in der Auslandswissenschaftlichen Fakultät der Friedrich-Wilhelms-Universität (heute Humboldt-Universität). Von 1932 bis 1936 lehrte H. am Berliner Städtischen Abendgymnasium. Gemeinsam mit ihrem Mann Arvid Harnack beteiligte sie sich am illegalen Kampf gegen das NS-Regime. In ihrer Wohnung in der Woyrschstraße 16 (heute Genthiner Straße) fanden Treffen Oppositioneller statt. Als Mitglied der von der Gestapo als Rote Kapelle bezeichneten Widerstandsorganisation wurde H. am 7. 9. 1942 verhaftet. Die vom Reichsgericht über sie verhängte Haftstrafe hob Adolf Hitler auf. Die zweite Gerichtsverhandlung vom 13. bis 16. 1. 1943 endete mit der Verkündung der Todesstrafe. H. wurde in Berlin-Plötzensee hingerichtet. Auf dem Friedhof Zehlendorf befindet sich eine symbolische Grabstätte des Ehepaares. Eine Straße (Lichtenberg) und eine Gedenktafel in Neukölln erinnern an sie und ihren Mann. In Lichtenberg trägt die Mildred-Harnack-Oberschule ihren Namen.