وي تحصیلات ابتدایی و متوسطه خود را نیز در همین شهر و تحصیلات دانشگاهی را تا مقطع فوق لیسانس، در رشته مهندسی راه و ساختمان در دانشکده فنی دانشگاه تهران به پایان برده است. وی تا پیش از انقلاب اسلامی، از فعالان حرکت‌های سیاسی دانشجویان مسلمان دانشگاه‌ها و از مؤسسان انجمن اسلامی دانشجویان دانشگاه تهران بشمار می‌رفت.
او سیاست‌مدار، مدرس دانشگاه و مدیر ارشد اجرایی است، و بعنوان معاون امور مهندسی، پژوهش و فناوری وزیر نفت فعالیت می‌کند.
بیطرف عضو اولین شورای مرکزی دفتر تحکیم وحدت بود و یکی از اعضای شورای رهبری شش نفره دانشجویان مسلمان پیرو خط امام بشمار می‌رفت، که در روز ۱۳ آبان ۱۳۵۸ جريان گروگان‌گیری در سفارت آمریکا را راهبری نمودند.
حبيب‌الله بيطرف فعالیت اجرایی را از سال ۱۳۵۸ با مشارکت در راه‌اندازی جهاد سازندگی آغاز نمود. در طول جنگ ایران و عراق به عنوان عضو رسمی سپاه پاسداران انقلاب اسلامی به فعالیت ادامه داد. وی در فاصله سالهای ۱۳۶۵ تا ۱۳۶۸ استاندار یزد بود. از ابتدای سال ۱۳۶۹ تا پایان سال ۱۳۷۳ به مدت پنج سال، در سمت معاون آموزشی وزارت نیرو(به وزارت بيژن نامدار زنگنه) فعالیت داشت و همزمان به عنوان عضو هیئت علمی دانشگاه در مراکز آموزش عالی نیز تدریس می‌نمود. وي عضويت در هيئت امنا دانشگاه يزد، عضويت در كميته برنامه‌ريزي آموزش‌هاي علمي - كاربردي وزارت مسكن و شهرسازي و هشت سال مشاور پژوهشگاه نيرو را در كارنامه خود دارد. همچنين وی از سال ۱۳۷۳ تا ۱۳۷۶ به عنوان مجری طرح‌های سد و نیروگاه کارون ۳ و کارون ۴، در وزارت نیرو مشغول به کار بود. حبیب‌الله بیطرف در فاصله سالهای ۱۳۷۶ تا ۱۳۸۴ در کابینه اول و دوم سید محمد خاتمی برای مدت ۸ سال، عهده‌دار وزارت نیروی ایران بود.
از سوابق اجرایی بیطرف می‌توان به اجرای پروژه‌های بزرگ ملی مانند طرح احداث سد و نیروگاه آبی کارون ۳، اجرای ضوابط و مقررات نظام فنی و اجرایی کشور در حوزه مدیریت پروژه‌های دولتی، همچنین حضور ۲ دوره در هیئت مدیره سازمان نظام مهندسی ساختمان استان تهران و عضویت کنونی در شورای مرکزی سازمان نظام مهندسی و ساختمان اشاره کرد.