Hugdahl tok doktorgrad i psykologi ved Uppsala Universitet, Sverige i 1977. Etter doktorgraden begynte han studier av hjerneasymmetri, og videretviklet dikotisk lytting (forced-attention dichotic listening) som en metode ved undersøkelser av hjerneasymmetri. I 1984 ble han ble professor i biologisk psykolog i 1984 ved Universitetet i Bergen.