1980年9月，贺克斌考入清华大学环境工程系。1985年9月，本科毕业后继续在清华大学环境工程系进行研究生学习，分别于1987年12月获得环境工程硕士学位，1990年7月获得博士学位。

1990年8月，博士毕业后进入清华大学环境工程系任教，先后担任讲师（1990年8月- 1992年11月）、副教授（1992年12月- 1996年7月）、教授（1996年7月）。

1993年1月，前往丹麦技术大学环境工程系担任环境工程访问学者（至1994年1月）。

1996年1月，前往美国哈佛大学环境研究中心担任环境健康访问学者（至1996年4月）。

1998年6月，前往英国利兹大学燃料与能源系担任燃料与能源科学访问学者（至1998年8月）。

2013年2月，国家环境保护大气複合污染来源与控制重点实验室成立，担任实验室主任。7月，担任清华大学环境学院院长。

2015年，当选为中国工程院环境与轻纺工程学部院士。

2017年，当选北京市第十五届人民代表大会代表。

贺克斌致力于大气複合污染与控制研究，以高解析度排放清单技术-複合污染来源识别的多维溯源技术-多污染物协同控制的系统分析技术为核心，推动区域空气品质动态调控新技术系统的发展与套用。

2001年6月，针对全球机动车排放和燃料技术标準与政策制定，贺克斌与全球18位科学家和工程技术专家在义大利共同提出了《贝拉吉奥準则》，并以此为标誌，创立了国际清洁交通委员会。

2006年，贺克斌获得了国家杰出青年科学基金项目“大气颗粒物碳质组分与複合污染形成机制”的支持。

2009年，担任长江学者与创新团队发展计画“区域複合大气污染与控制”创新团队的带头人。

2012年，贺克斌牵头开展国家自然科学基金“多介质複合污染与控制化学”创新群体研究，多个团队从大气、水、土壤全方位全过程来研究雾霾污染髮生规律。

截至2013年，贺克斌承担多项国家973计画、863计画和国家自然科学基金项目，下面列举具有代表性质的项目名录：

截至2015年，贺克斌获国家自然科学奖二等奖1 项、国家科技进步二等奖2项和省部级科技奖励10 项。

截至2015年，贺克斌在Nature、PNAS、ES&T、ACP和JGR和“中国科学”等学术期刊发表论文220多篇，被SCI 收录140多篇，总他引5306次（SCI他引2137次），SCI单篇他引最高280次，9篇论文进入ESI资料库“高引用论文”，2篇分别入选2011年度，2012年度“中国百篇最具影响国际学术论文”。在多污染物协同控制方面的成果以通讯作者在Nature上发表。出版《大气颗粒物与区域複合污染》等专着6部。

1990年贺克斌进入清华大学环境工程系任教以来，先后开设本科生课程《大气污染控制工程》、研究生课程《大气污染控制原理》、《气溶胶力学》和《能源与环境》。2007年指导博士生段凤魁的论文《北京市含碳气溶胶污染特徵及来源研究》入选全国优秀博士学位论文。

担任清华大学国际处处长期间的贺克斌认为在全球化浪潮下，大学的开放不仅仅是面向中国社会，而是面向整个国际社会，世界一流大学首先要培养出世界一流的学生，因此，清华越来越多地关注以在校生为主要目标的方方面面的国际合作，以培养具有国际意识的世界公民，懂得国际竞争的规则，具有国际竞争力，能在世界的舞台上博弈，清华大学需要建设一批高水平的全英文授课的课程，吸引更多国际学生来清华学习。担任研究生院常务副院长期间的贺克斌认为清华大学应该培养高层次套用型人才，适应国家战略需求。贺克斌指出在经历研究生教育规模的跨越式发展之后，中国开始进入研究生教育的结构调整和转型期；工程硕士专业学位教育需要从招生质量、培养质量、就业与发展质量等三方面加强质量保障体系建设和实践，结合国家、地区特需发展的需要来统筹培养目标、培养要求、培养规模和培养结构，保障工程硕士人才培养质量。

贺克斌院士长期致力于大气複合污染特别是PM2.5 的研究，以高解析度排放清单技术-複合污染多维溯源技术-多污染物协同控制技术为核心，推动区域空气品质动态调控新技术系统的发展与套用。他主持建立了中国多尺度排放清单线上技术平台，为我国空气品质管理在精细溯源和定量评估方面技术水平的提升做出重要贡献。
2017年，他担任国家大气污染防治攻关联合中心副主任，牵头指导2+26城市统一编制精细化污染源排放清单，牵头组织研究提出冶金、建材、燃煤、柴油机和VOC等重点领域大气污染治理方案，为秋冬季空气重污染科学应对发挥关键作用，为京津冀及周边地区PM2.5浓度近5年实现35%以上的下降和北京实现58微克/立方米做出重要贡献。
作为核心专家，他在2016年杭州G20峰会、2017年厦门金砖国峰会等空气品质保障工作中，发挥重要作用。

贺克斌主持建立了中国多尺度排放清单线上技术平台，在动态排放清单技术领域成为国际引领的研究团队，为我国空气品质管理在精细溯源和定量评估方面技术水平的提升做出重要贡献。（清华大学评）