Dæhlen har vært områdedirektør i Norges forskningsråd og han var med på oppbygningen av Simula Research Laboratory. Dæhlen jobbet som forsker og forskningsleder ved SINTEF fra 1986 til 1998, da han gikk over til en stilling som professor ved Institutt for informatikk ved UiO. Der ble han valgt som instituttleder i to perioder. I 2013 ble han valgt som dekan for Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet, UiOs største fakultet med over 2000 ansatte og 6000 studenter. Dæhlen ble gjenvalgt for en ny periode som dekan i 2017. Dæhlen har gjennom sitt arbeid engasjert seg i forsknings- og utdanningspolitikk, herunder politikkutforming knyttet til samarbeid mellom akademia og øvrig samfunns- og næringsliv. Han har blant annet sittet i de regjeringsutnevnte utvalgene «Digital 21» og «Underdalsutvalget». I 2021-2022 deltok Dæhlen i «Helsepersonellkommisjonen».