I 1995 tok han graden som dr.scient. i atmosfærekjemi med avhandlingen . Fuglestvedt har tidligere vært ansatt ved Senter for utvikling og miljø, Universitetet i Oslo, Statens forurensningstilsyn og Seksjon for ressurs og miljøanalyse, Forskningsavdelingen, i Statistisk sentralbyrå før han ble tilsatt som forsker I ved CICERO i 2003. I 1998 gikk han inn i stilling som forskningsleder ved CICERO.