Han var ansatt ved Universitetet i Utrecht fra 1929 til 1935 som sjefsassistent. Han ble en ekspert på kjemikaler avledet fra planteriket, særskilt hormonet auxin. I 1936 ble han invitert til å holde en gjesteforelesning ved amerikanske Harvard University av Kenneth Thimann. Året etter ble han ansatt av Thomas Hunt Morgan som førsteamanuensis ved California Institute of Technology («Caltech») og ble professor ved samme sted i 1940. Han ble således en del av den såkalte «nederlandske professormafiaen» ved Caltech (et annet medlem av denne gruppen var biologen Frits Warmolt Went). Sammen med to andre forskere utga Haagen-Smit en artikkel om traumatisk syre, et sårlegende harmon i Science i 1939. Han var direktør av plantemiljølaboratoriet ved Caltech fra 1965 og til 1971.