Hagemann vokste opp på Frogner i Oslo. Hun studerte først sosiologi og fikk avgjørende inspirasjon fra Max Webers historiske arbeider. Hun tok hovedfag i 1973 om politisk strid om arbeidsforhold for kvinner på tidlig 1900-tallet. Etter hovedfag ble hun i 1974 ansatt som vitenskapelig assistent for Sofie Rogstad ved Privatarkivkommisjonen (nå Riksarkivet) i forbindelse med et prosjekt for registrering av kvinnehistoriske arkiver, som blir regnet som starten på kvinnehistorie som forskningsfelt i Norge. Hun tok doktorgraden i 1989. Hun var forsker ved Institutt for samfunnsforskning fra 1992 til 1996 og hadde samtidig en bistilling som professor ved Senter for kvinneforskning. I 1996 ble hun ansatt som professor i historie ved UiO.