Midtvedt er cand.med. fra Universitetet i Bergen (1958) og dr.med. i medisinsk mikrobiell økologi ved Karolinska Institutet (1968) i Sverige. Han var professor og formann for avdeling for medisinsk mikrobiell økologi, celle- og molekylærbiologi ved Karolinska Institutet 1983–1999. Han er tidligere president i International Association for Gnotobiology and Society for Medical Microbial Ecology.