Hartvig Nissen arbeidet i Fengselsstyret 1899–1925 og var direktør for Botsfengselet 1925–44. Han satte markante spor etter seg på det kriminalpolitiske så vel som det mer fengselsfaglige området.
Nissen tok examen artium ved Kristiania katedralskole 1892 og juridisk embetseksamen 1897. Etter et halvt års studieopphold i Frankrike og Sveits og et år som sorenskriverfullmektig i Numedal og Sandsvær ble han ansatt som sekretær i Justisdepartementet (Fengselsstyret) 1899, og 1911–25 var han byråsjef ved samme avdeling, et embete han hadde til han tiltrådte som direktør ved Botsfengselet.
Tiden rundt 1900 var preget av reformer på strafferettens og fengselsvesenets område. Nye synspunkter trengte seg frem; det juridiske og moralske grunnlaget for statens straffevirksomhet var under debatt, og frihetsstraffen og prinsippene for dens fullbyrdelse hadde en fremtredende plass i diskusjonen. Nissen kastet seg inn i reformarbeidet med stor interesse og en enorm arbeidskapasitet. Ved siden av sin embetsgjerning var han medlem av, og til dels sekretær for, en rekke offentlige komiteer og kommisjoner, og han skrev bøker og en rekke artikler i tidsskrifter og aviser om emner innen det kriminalpolitiske og fengselsfaglige felt.
Hartvig Nissen var medlem av Fengselsreformkomiteen av 1927. Den la grunnlaget for lov av 6. juli 1933, som i vesentlig grad moderniserte fengselsloven av 1903. Den nye loven representerte en overgangsfase i norsk fengselsvesen mellom den strenge eneromsbehandling etter “philadelphiasystemet” og den mer moderne fangebehandling. Typisk for Nissens innfallsvinkel må være hans bemerkning i boken Øie for øie, tann for tann? (1934): “Og det er aldeles nødvendig å lære og kjenne mennesket i fangen.” De liberale tanker som kom frem i fengselsloven av 1933 er videreført i senere fengselslover.
Nissen var sterkt opptatt av fengselstjenestemenns opplæring og rolle i fangebehandlingen. Han var den første sjef for Fengselsskolen (nå Kriminalomsorgens Utdanningssenter), som ble opprettet 1937. Utdanningstilbudet, som opprinnelig bestod i et to måneders kurs, er senere utvidet til to år. Han nedla også et stort arbeid for å lette den ofte vanskelige overgang det er for fangen å gå fra fengsel til frihet. Han holdt en rekke foredrag om emnet, og hans Forsorg for løslatte fanger utkom 1917. Han var sentral i dannelsen av Norges Forsorgs- og Verneforbund og var forbundets formann 1925–40. Forbundets virksomhet er videreført gjennom Norges Vernesamband og Kriminalomsorgavdelingen i Justisdepartementet.
Hartvig Nissen hadde stor interesse for statistikk, og han utgav flere større kriminalstatistiske arbeider, bl.a. en undersøkelse om tilbakefallsforbrytere og en om Forsømte og forbryderske barn i Norge. Han var også med i et utvalg som arbeidet med å bringe overensstemmelse mellom de nordiske lands kriminalstatistikk. I fritiden drev han slekts- og personalhistoriske studier og utgav slektsbøker om både farens og morens slekt.