Woldemar Harleß war der Sohn des Bonner Arztes und Medizinprofessors Christian Friedrich Harleß und dessen zweiter Ehefrau (geb. Saalmüller aus Heldburg) sowie Enkel des Humanisten Gottlieb Christoph Harleß.[1] Er studierte Geschichte und Philologie an der Universität Bonn. Nach der Promotion (1853) war zunächst beim Germanischen Nationalmuseum (1854) und anschließend kurzzeitig im Schuldienst beschäftigt, bevor er 1855 eine Archivarsstelle beim Staatsarchiv Düsseldorf antrat. 1866 wurde ihm die Leitung des Hauses übertragen, die er bis zum Eintritt in den Ruhestand innehatte.
Nach dem Deutsch-Französischen Krieg 1870/71 bereiste er als Beauftragter der preußischen Archivverwaltung die Archive im Elsass und in den besetzten französischen Gebieten.
1873 wurde er kurzzeitig an das Ministerialarchiv Berlin sowie an das preußische Geheime Staatsarchiv abgeordnet, kehrte aber 1875 wieder an das Staatsarchiv Düsseldorf zurück. Neben seiner Tätigkeit als Archivar widmete er sich weiterhin historischen und philologischen Themen.[2] Im September 1900 wurde er als Geheimer Archivrat in den Ruhestand verabschiedet.