Brodahl skriver selv at interessen for kunst ble vekket på en reise i Danmark i 1901. Etter den reisen begynte han å studere kunsthistorie, blant annet ved en studiereise til Berlin i 1904. Hans første kunsthistoriske forskningsarbeid gjaldt bygdekunstneren Peder Aadnes. Senere utga han en rekke artikler i aviser og tidsskrifter om norsk kunsthistorie, særlig kirkekunst. På 1920- og 1930-tallet reiste han omkring i Nidaros bispedømme for å registrere kunst og inskripsjoner i kirkene.