Han tok doktorgraden ved Helsingfors universitet i 1930. I årene 1938–1944 var han professor ved Helsingfors universitet, og i 1945 og 1946 i Zürich. Fra 1946 til 1977 var han professor ved Harvard University i USA. Ahlfors publiserte flere gode arbeid om riemann-flater og analytiske funksjoner – på disse områdene fortsatte han med arbeidet til læreren sin Rolf Nevanlinna. Ved den internasjonale matematikerkongress i Oslo i 1936 ble Ahlfors tildelt Fields-medaljen i gull.