任海深自1973年9月至1976年8月，在山东农学院农学系植物保护专业学习。
1976年8月至1984年2月，他先后在山东省农业局植保站担任干部，省农办科教处干部，省革委会办公室秘书，省委组织部办公室秘书，后晋升为科级秘书，再转任省政府办公厅人事处科级干部。
1984年2月至1987年4月，他担任山东省政府办公厅人事处副处长，期间1985年8月至1987年4月兼任兖州县委副书记。
1987年4月至1989年2月，他升任山东省政府办公厅人事处处长。
1989年2月至1992年8月，他任山东省政府办公厅副主任，其间1990年9月至1992年7月参加中央党校中青年干部培训班学习。
1992年8月至1992年12月，他担任山东省政府副秘书长。
1992年12月至1995年6月，他转任山东省烟台市委副书记。
1995年6月至1996年3月，他兼任烟台市委副书记，市政府代市长、党组书记。
1996年3月至1997年12月，他担任烟台市委副书记，市政府市长、党组书记。
1997年12月至2001年6月，他担任烟台市委书记，期间1996年9月至1999年7月参加中央党校在职研究生班经济管理专业学习。
2001年6月至2003年6月，他调任安徽省委常委，省委政法委书记。
2003年6月至2006年10月，他任安徽省委常委，省政府常务副省长、党组副书记。
2006年10月至2008年1月，他担任安徽省政府副省长、党组成员。
2008年1月至2010年6月，他作为安徽省人大常委会副主任、党组副书记。
2010年6月至2011年1月，他担任安徽省人大常委会代理主任、党组副书记。
2011年1月起，他恢复担任安徽省人大常委会副主任职务。
任海深是中共十六大代表，第十届、十一届全国人大代表，中共安徽省七届、八届委员会委员。
因达到任职年龄界限，任海深提出辞去安徽省第十一届人民代表大会常务委员会副主任职务。根据《中华人民共和国地方各级人民代表大会和地方各级人民政府组织法》第二十七条第一款的规定，2010年2月14日安徽省第十一届人民代表大会第五次会议接受了他的辞职请求。
