Etter examen artium 1889 begynte han på cand.real.-studier i zoologi med blant andre Fridtjof Nansen som lærer. Dahls skildring av reisene til Natal og Zululand 1893 og Australia 1894 ble populære bøker. Fra 1896 studerte han fiskeriene under Johan Hjorth og ble bestyrer og stipendiat ved Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab i Trondheim 1898–1903. Ved Fiskeristyrelsen i Bergen som Hjorth ledet, ble Dahl bestyrer i 1903. Etter mange år fikk han godkjent avhandlingen i 1911, og fra 1912 ble han forskningsleder. Ved Norges landbrukshøgskole presset han inn ferskvannsfisk som pensum og ble professor fra 1921.