Som historiker og aktiv skribent har han med sine kontroversielle vinklinger og standpunkter satt sitt preg på norsk samtidshistorisk debatt siden slutten av 1970-årene.
Dahl vokste opp i en velstående borgerlig familie, men sluttet seg til den radikale fløy i studentpolitikken i slutten av 1950-årene. Den var preget av opprør mot de etablerte maktsirkler i Arbeiderpartiet, noe som bl.a. gav seg uttrykk i motstandsbevegelsene mot atomvåpen og norsk medlemskap i EEC, og munnet ut i dannelsen av Sosialistisk Folkeparti 1961. Han var formann i Det Norske Studentersamfund 1963, i en av Samfundets glansperioder. Han hørte til den nærmeste krets rundt Pax forlag i 1960-årene, var den første redaktør av tidsskriftet Kontrast (1965–69), og senere medredaktør av Pax Leksikon (1977–80).
Hans Fredrik Dahl ble cand.philol. med historie hovedfag 1969. Han var stipendiat i NRK 1970–76, og ble dr.philos. 1975 på en fremstilling av NRKs historie før den annen verdenskrig. Deretter var han kulturredaktør i Dagbladet 1978–85. Som kulturredaktør videreførte han avisens liberale linje, og bidrog til å opprettholde Dagbladets posisjon som ledende kulturavis. Etter tiden i Dagbladet skiftet Dahl tyngdepunktet til faghistorisk arbeid, samtidig som han drev familiegården Larsbråten i Høland. 1988 ble han professor II og fra 1991 professor i medievitenskap ved Universitetet i Oslo. Parallelt har han fortsatt sitt forhold til Dagbladet som fast spaltist, slik at han over en periode på mer enn 20 år har hatt tilknytning til avisen. Han har vært medlem av Dagbladets styre siden 1996.
Dahls kombinasjon av akademisk arbeid og journalistikk er uvanlig i Norge. Det har stimulert hans omfattende bidrag til norsk samtidshistorie. I Dagbladet har han nådd ut til en stor leserkrets takket være sin elegante penn og vakt motstand med sine ofte kontroversielle standpunkter. Dette toppet seg i en opphetet debatt våren 1997, som tok utgangspunkt i at Dahl forsvarte den britiske historikeren David Irving som en betydelig kildekritiker, til tross for hans nazistiske sympatier.
Som historiker har Hans Fredrik Dahl konsentrert sitt arbeid på to felter. For det første fascismens og nazismens historie, med hovedvekt på den annen verdenskrig i Norge. Mange andre historikere har gått inn i denne temakretsen. Dahls spesielle bidrag har ligget på analyser av nazismens ideologi, sammen med en kritisk holdning til den dominerende fortolkning av den annen verdenskrig i Norge. I en rekke arbeider har han fremstilt de ulike varianter av fascistisk ideologi, dens symbolikk og estetiske virkemidler. Biografien over Vidkun Quisling i to bind (1991–93, ettbindsutgave på engelsk 1999) er Dahls definitive bidrag på dette feltet, og har oppnådd internasjonal anerkjennelse. Her gir han en nærgående skildring av Quislings sammensatte liv, men søker fremfor alt å trenge inn i hans tankeverden og filosofi, som Quisling selv kalte universismen. Han karakteriserer Quisling som en usedvanlig, men ensidig begavelse, som kunne fordype seg i meget omfattende, men fullstendig amatørmessige filosofiske spekulasjoner, og rettferdiggjøre sine handlinger på en virkelighetsfjern måte.
Det andre tyngdepunktet i Dahls historiske arbeider ligger i analysen av fremveksten av de moderne massemediene. Han har utgitt flere bøker om medienes teori og historie fra boktrykkerkunsten til Internett. Hans fremstilling av Norsk Rikskringkastings historie i tre bind rekker fra de første radiosendinger i 1920-årene, over introduksjonen av fjernsynet rundt 1960 frem til avviklingen av NRKs monopolstilling i begynnelsen av 1980-årene. Et bærende tema er endringene i NRKs politiske og samfunnsmessige stilling: privat kringkastingsdrift i den første perioden, posisjon som nasjonalt samlingspunkt under krigen, én-kanals instrument for folkeopplysning i etterkrigstiden, og deretter “public service”-institusjon i intens konkurranse.
Som samtidshistoriker har Hans Fredrik Dahl gjennomlevd og reflektert perioden fra 1960-årenes frigjøringsbevegelser i “den tredje verden” til 1990-årenes post-kommunisme. Gjennom hele perioden har han fokusert på fremveksten av det moderne samfunn på 1900-tallet og de mange rystelser det brakte med seg. I yngre år var han en sentral skikkelse på venstre fløy. Ved årtusenskiftet fremtrer han som en utforskende personlighet med klar liberal forankring, som oppsøker paradokser i politikk og idébrytning, og viser en uvanlig vilje til å være “politisk ukorrekt”.