Dyregrov var ferdig utdannet psykolog i 1980. Han er dr. philos og spesialist innen klinisk psykologi. Sammen med en kollega startet han Senter for Krisepsykologi i Bergen i 1988 og har siden fungert som senterets leder. Senteret har i 2013 flere enn 20 medarbeidere. Forut for 1988 var Dyregrov tilknyttet barneklinikken på Haukeland sykehus og Universitetet i Bergen. Han har hovedsakelig engasjert seg innenfor sorg og sorgreaksjoner hos barn, unge og familier i forbindelse med dødsfall og katastrofer. Han regnes som en pioner innen krisepsykologi. Atle Dyregrov har arbeidet ved mange større ulykker og katastrofer i både inn- og utland. Blant annet ble han kontaktet av svenske myndigheter i samband med tsunamikatastrofen i Asia i 2004.