Reyaad Khan, 21, dog i en RAF drönarattack riktad mot Islamiska statens militanter i Syrien i augusti förra året.
David Cameron berättade MPs på tisdag attacken var "nödvändig och proportionerlig" för att skydda Storbritannien.
Harman sade att en sådan åtgärd utanför en krigszon var en "ny avgång" och att den måste vara "rättvis ansvarig".
I september meddelade premiärministern att Khan och Ruhul Amin från Aberdeen hade dödats av en brittisk drönarattack i Syrien.
Parlamentsledamöterna har sedan dess röstat för att godkänna brittiska flyganfall i det krigshärjade landet.
Utfrågad av parlamentsledamöter i Commons Liaison Committee i tisdags försvarade Cameron drönarattacken som dödade Khan och Amin som "nödvändiga och proportionerliga".
Han sade att Storbritannien för närvarande är inblandat i en operation mot en terroristgrupp som har för avsikt att "blåsa, döda och lemlästa våra medborgare".
Harman, ledamot av kommittén, berättade i onsdags för BBC Radio Wales att hon var oroad över bristen på tillsyn över operationen.
"Om du är en medlem av de väpnade styrkorna, du dödar någon i en militär situation, det är lagligt och försvarbart och eftersom du är i en väpnad konflikt situation," sade hon.
– Men där vi befann oss i Syrien, där Reyaad Khan blev måltavla och dödad, var vi faktiskt inte i en konfliktsituation där.
"Det var bara en måltavla, det som kallas utomrättsligt dödande."
Hon tillade: " Tanken på att döda någon i ett område där säkerhetstjänsten har riktat in sig på dem och militären utför dödandet, det är en ny avfärd.
"Amerikanerna har gjort det ganska länge men vi har inte gjort det förut.
"Om polisen dödar någon i tjänsten, här i det här landet, hänvisas det automatiskt till den oberoende polisen och kriminalkommissarien, inte för att det finns ett automatiskt antagande att de har gjort något fel.
"När man tar ett liv måste man absolut se till att det var rätt person, att bevisen var tillräckliga, att de gjorde det på ett sådant sätt att det inte dödade oskyldiga åskådare och det måste man titta på efteråt."
Labours tidigare tillförordnade ledare Harriet Harman har ifrågasatt om det "extra rättsliga mordet" på en jihadist från Cardiff kan rättfärdigas på rätt sätt.