Der aus einer Bergbeamtenfamilie stammende Hartleben wurde mit 15 Jahren Vollwaise. Er und seine fünf Geschwister wurden vom Großvater mütterlicherseits aufgezogen. Hartleben besuchte ab 1880 die Gymnasien in Jever und ab 1881 in Celle, wo er 1885 die Reifeprüfung bestand. Hartleben folgte dem Wunsch des Großvaters und studierte in Leipzig und Berlin Jura. Bereits ab 1885 schrieb er Belletristik und publizierte ab 1886. 1889 legte er am Berliner Kammergericht die Referendarprüfung ab und war danach kurze Zeit Referendar in Stolberg (Harz) und Magdeburg. Er gab seinen Beruf auf und ließ sich 1890 mit seiner Ehefrau als freier Schriftsteller in Berlin nieder. Er wohnte zehn Jahre lang in einer Wohnung in Mitte in der Karlstraße 32 (heute Reinhardtstraße) auf dem Hinterhof. Hartleben zählte zeitweilig zu den Gästen des Friedrichshagener Dichterkreises, war Mitglied des Vorstandes der "Neuen Freien Volksbühne" und trat als Referent in Arbeiterbildungsvereinen auf. Um 1900 zog er in die Motzstraße 39 (ab 1934 Mackensenstraße 1, heute Else-Lasker-Schüler-Straße) nach Schöneberg. Bekannt und berühmt wurde Hartleben 1900 durch sein effektvoll gebautes und mit flotten Dialogen ausgestattetes Offiziersdrama "Rosenmontag", in dem die labile Moral preußischer Offiziere treffsicher vorgeführt wird. Die Einkünfte daraus erlaubten es ihm, 1903 in seine Villa Halkyone in Salò am Gardasee überzusiedeln, wo er, der Trinksucht erlegen, verstarb. Von seinen Werken ist auch die 1893 aufgeführte "Geschichte vom abgerissenen Knopfe" erwähnenswert, in der er schwankhaft bis sarkastisch die damalige Berliner Studentenbohème schildert. Er galt als einer der bedeutendsten Vertreter des deutschen Naturalismus.