Hartmann’s carrière omspant meer dan 40 jaar, van het werk in de vroege jaren ’60 met Gerard Kuiper op Mare Orientale, en het werk aan het Mariner 9 Mars-karteringsproject, tot het huidige werk aan het Mars Global Surveyor imaging team. Hij is momenteel senior scientist bij het Planetary Science Institute.

Hij is al lang een van Amerika’s leidende ruimtevaartkunstenaars (sterk beïnvloed door Chesley Bonestell), en heeft talrijke boeken geschreven en geïllustreerd over de geschiedenis van de Aarde en het Zonnestelsel, vaak in samenwerking met kunstenaar Ron Miller.

Hartmann is Fellow van de International Association of Astronomical Artists. Zijn werk omvat ook leerboeken, korte fictie en romans, waarvan de meest recente in 2003 werd gepubliceerd. In 1997 was hij de eerste ontvanger van de Carl Sagan Medal for Excellence in Public Communication in Planetary Science van de American Astronomical Society, Division for Planetary Sciences.

Hartmann was lid van het UFO Project 1966-1968 van de Universiteit van Colorado (informeel bekend als het Condon Comité), een controversieel openbaar onderzoek naar UFO’s dat werd gesponsord door de Amerikaanse luchtmacht. Hij onderzocht voornamelijk fotografisch bewijs, en verwierp de meeste als onbetrouwbaar of niet overtuigend; in zijn studies gepubliceerd in het eindrapport van het comité, concludeerde hij dat twee gevallen – Great Falls (bewegende beelden van twee heldere lichtbronnen die moeilijk te rijmen waren met bekende vliegtuigen) en McMinnville (twee foto’s van een schotelvormig vaartuig) – onverklaarbaar waren en bijzonder opmerkelijk als bewijzend bewijs voor de realiteit van UFO’s.

Asteroïde 3341 Hartmann is naar hem genoemd.