Andersen estudou bioquímica na UC Davis e obteve seu doutorado em fisiologia pela UC San Francisco em 1979. Posteriormente, passou um tempo como pesquisador de pós-doutorado na Johns Hopkins Medical School e como professor assistente no Salk Institute for Biological Studies na Califórnia. Tornou-se professor associado em 1987 e, em seguida, professor de neurociência no Massachusetts Institute of Technology em 1990.

Andersen se juntou ao corpo docente do Caltech em 1993. O foco de sua pesquisa é explorar os mecanismos neurais da visão, audição, equilíbrio, tato e ação. Ele então usa os insights obtidos com essas investigações para informar o desenvolvimento de próteses neurais. Sua abordagem permitiu que pacientes paralisados controlassem robótica e computadores que lhes permitem beber uma bebida, tocar piano de computador, usar programas como o Adobe Photoshop e sentir a sensação do toque em mãos e braços que antes eram insensíveis devido a lesão na medula espinhal.

Ele é membro da National Academy of Sciences e da National Academy of Medicine, bem como membro da American Academy of Arts and Sciences e da American Association for the Advancement of Science. Andersen também recebeu o prêmio McKnight Foundation Scholar Award, Sloan Foundation Fellowship, Spencer Award da Columbia University, McKnight Technical Innovation in Neuroscience Award e McKnight Neurobiology of Brain Disorders Award.