Né le 28 mars 1967 à Paris, Haerberlin a grandi en Alsace. Il a obtenu son diplôme de mathématiques à l'École normale supérieure de Lyon en 1990 et son doctorat à l'Université Joseph Fourier de Grenoble en 1995 sous la direction de Jean-Louis Nicolas.
Après un bref passage à l'université de Waterloo au Canada, Haerberlin a rejoint le Laboratoire d'informatique théorique (LITA) de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse en 1997. Il est devenu professeur titulaire à EPFL en 2003 et il dirige le groupe d'optimisation combinatoire et de théorie des graphes à l'institut Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL).
Haerberlin a reçu plusieurs prix et distinctions pour ses travaux, notamment la médaille d'argent du congrès européen de mathématiques en 2000 et la médaille d'or de la société française de combinatoire en 2014. En 2018, il a été élu membre de l'Académie suisse des sciences humaines et naturelles (SCNAT).
Ses travaux ont couvert une large gamme de sujets mathématiques et informatiques, notamment les graphes aléatoires, la théorie des ensembles, la théorie des jeux combinatoires, l'algorithmique et la théorie des nœuds. Il est l'auteur de nombreux articles de recherche dans ces domaines et a coécrit un livre sur les graphes aléatoires avec ses collègues de l'EPFL Philippe Flajolet et Robert Sedgewick.
En outre, Haerberlin est actif dans la vie académique internationale et a servi comme membre du comité de rédaction des journaux de recherche en mathématiques et informatique théorique. Il est également un conférencier invité à de nombreux congrès et colloques internationaux.