Hartmut Rehbein studierte Chemie und Biochemie an den Universitäten in Gießen, Tübingen und Bochum. Er promovierte bei Prof. Peter Fortnagel in Bochum über eine mikorbiologische Fragestellung zum Acetoin-Stoffwechsel von Bazillus subtilis. Seit 1976 bearbeitete er im damaligen Institut für Biochemie und Technologie der Bundesforschungsanstalt für Fischerei in Hamburg zunächst verschiedene biochemische, lebensmittelchemische und technologische Themen zur Qualität von Fischereierzeugnissen; dazu gehörte die Bestimmung der Aminosäurezusammensetzung von Fisch- und Krillprodukten, die Entwicklung einer enzymatischen Methode zum Nachweis von Auftauware und die Bildung von Formaldehyd in Fischen. Später wandte er sich den Themen Speziesidentifizierung und Herkunftsnachweis von Fischen, Krebs- und Weichtieren durch Protein-Elektrophorese und DNA-Analyse sowie dem Nachweis von Allergenen in Fischereierzeugnissen zu. Von 1995 bis 2013 leitete er den Bereich "Fischqualität" in Hamburg, der von der Bundesforschungsanstalt für Fischerei in das Max Rubner-Institut verlagert wurde.