Regeringen söker stöd från Labourpartiets parlamentsledamöter för att utvidga RAF:s flygkampanj till strejker mot IS-mål i Syrien och Irak.
Labour har antytt att det inte skulle motsätta sig åtgärder i Syrien, som det gjorde 2013.
Harman kommer att ansluta sig till högre ministrar och militärchefer vid tisdagens nationella säkerhetsråd.
Sista gången en labourledare fick en sådan inbjudan var 2013.
Premiärministern anser att IS-stridande måste konfronteras i Syrien, där USA bedriver operationer, men inte kommer att vidta militära åtgärder utan en Commons-omröstning.
Vissa konservativa bakbenchers har uttryckt tvivel om ytterligare åtgärder i avsaknad av en bredare diplomatisk strategi, så David Cameron är ovillig att be parlamentsledamöter att rösta för att förlänga kampanjen om han inte har Labours stöd.
En talesman, nummer 10, sade: "Premiärministern tyckte att det var viktigt att se till att oppositionens ledare fick fullständig information om den nuvarande situationen."
Skuggförsvarssekreterare Vernon Coaker har också bjudits in.
Tidigare denna månad sade Harman att Islamiska staten måste "stoppas" och Labour skulle se "mycket allvarligt" på alla förslag som lagts fram av regeringen.
Hon sade att situationen var annorlunda jämfört med 2013 när Labour röstade mot flyganfall i Syrien, eftersom IS var en terroristorganisation, medan president Bashar al-Assad var chef för en regering, om än en "fruktansvärd regim".
Labour hade oroat sig över "vad som skulle fylla utrymmet" om den syriske presidenten hade störtats, tillade Harman.
David Cameron besegrades 2013 i Commons när Tory rebeller förenade sig med Labour för att motsätta sig flyganfall mot syriska regeringens mål avsedda att avskräcka användningen av kemiska vapen.
Omröstningen 2013 inriktades på Syriens president, inte IS-aktivister.
Parlamentet godkände förra året den brittiska bombningen av militanta positioner i Irak. Parlamentsledamöterna ombads dock inte vid den tidpunkten att godkänna strejker över gränsen i Syrien.
Det nationella säkerhetsrådets möte kommer när ministrarna utsätts för kritik för att de råder brittiska semesterfirare att komma hem från Tunisien mitt i rädslan för en annan terrorattack.
Förra månaden dödades 30 britter när en revolverman öppnade eld mot turister som bodde i en populär tunisisk semesterort. IS sa att den utförde attacken.
Tunisien har anklagat Förenade kungariket för att spela terrorister i händerna och vissa turister klagade över att de blev beordrade ut ur landet.
Efter den tunisiska strandattacken sade Cameron att IS utgjorde "ett existentiellt hot" mot väst, och dess medlemmar i Irak och Syrien planerade "fruktansvärda attacker" på brittisk mark och på andra håll.
David Cameron har bjudit in tillförordnad labourledare Harriet Harman till ett säkerhetsmöte på hög nivå om det hot som islamska statsextremister (IS) utgör.