I 1986 ble han overlege i nyfødtmedisin ved Rikshospitalet og i 1991 ble han professor i barnesykdommer og bestyrer for Pediatrisk forskningsinstitutt ved Rikshospitalet/Universitetet i Oslo. Han var også forskningsleder ved Barne- og ungdomsklinikken ved Oslo universitetssykehus. Saugstad gikk av som professor og leder for Pediatrisk forskningsinstitutt ved årsskiftet 2017/2018. Fra samme tidspunkt er han ansatt som forsker I ved Oslo universitetssykehus. I 2018 ble han utnevnt til professor i nyfødtmedisin ved Feinberg School of Medicine ved Northwestern University i Chicago.