Walhovd tok doktorgraden i 2005 med avhandlingen . Hun ble ansatt som førsteamanuensis i nevropsykologi ved PSI i 2005 og fikk opprykk til professor i 2007. Hun har også en bistilling som forsker ved CRAI Oslo universitetssykehus. Hun og psykologiprofessor og hjerneforsker Anders Fjell, etablerte Senter for livsløpsendringer i hjerne og kognisjon ved PSI; senteret ble i 2015 av regjeringen gitt statusen «verdensledende forskningsmiljø», som et av fem sentre ved UiO. I 2011 ble hun innvalgt i Det Norske Videnskaps-Akademi. I 2017 fikk hun et fra EU. Ifølge Google Scholar er hun sitert rundt 21 000 ganger i vitenskapelig litteratur og hennes h-indeks er 79.