Halvorsen har doktorgrad i informatikk fra Universitetet i Oslo. Doktoravhandlingen hadde tittelen og ble publisert i 2001. I perioden 2002-2019 var han ansatt ved UiO som førsteamanuensis og senere professor. Fra 2006 og til 2017 arbeidet Halvorsen også som henholdsvis forsker og professor ved Simula Research Laboratory, før han så ble tilsatt som forsker og professor ved SimulaMet. Siden 2019, har han vært tilsatt ved SimulaMet som forsker, avdelingssjef og forsknings-professor, som professor ved OsloMet og som professor II ved Universitetet i Oslo.