Falk Harnack studierte u.a. Theaterwissenschaften und war ab 1937 als Regisseur und Schauspieler an Theatern in Weimar und Altenburg (Thüringen) engagiert, bevor er 1941 zum Militärdienst eingezogen wurde. Sein Bruder Arvid wurde ein Jahr später als Mitglied der Widerstandsgruppe Rote Kapelle hingerichtet. Wegen seiner Kontakte zur Weißen Rose wurde Harnack in den Prozessen gegen die Studentengruppe 1943 mitangeklagt, aber freigesprochen. Zur Truppe zurückgekehrt, desertierte Harnack und kämpfte bei den ELAS-Partisanen in Griechenland. Nach Kriegsende folgten Arbeiten fürs Theater in München und Ost-Berlin. 1949 wurde Harnack künstlerischer Leiter bei der DEFA, für die unter seiner Regie 1951 der Film "Das Beil von Wandsbek" entstand. Nach Konflikten mit der Studio-Leitung - 1951 wurde seine Arnold Zweig Verfilmung aus dem Verkehr gezogen - verließ Harnack die DEFA 1951 und wurde von Artur Brauner für einen Geschwister Scholl-Film engagiert, den Brauner aber nicht realisieren konnte. Für die CCC-Film übernahm Harnack u. a. die Regie von "Der 20. Juli" (1955). Später inszenierte Harnack vorrangig Literaturverfilmungen.