Astrup blev læge i 1981 og fik i 1986 den medicinske doktorgrad på sin disputats om stofskifte og forbrænding. I 1992 stiftede han Ernæringsrådet, som blev nedlagt i 2009, han er redaktør for flere internationale tidskrifter om ernæring og har udgivet over 600 videnskabelige artikler mv. samt adskillige bøger. Han har også skrevet klummer og redigeret brevkasser i blandt andet Ekstra Bladet, 24 Timer og Ude og Hjemme.
Han har modtaget adskillige æresbevisninger for sin forskning og blev udnævnt til Ridder af Dannebrog i 1991 og Ridder af Dannebrogsordenens 1. grad i 2012.
Arne Astrup bliver af nogle rost for sine evner til at formidle kostråd, så de er til at forstå for almindelige mennesker. Andre har de kritiske briller på og rynker på næsen over, at han arbejder tæt sammen med industrien. De hæfter sig ved, at hans videnskabeligt funderede budskaber flere gange har været i overensstemmelse med interesserne hos dem, der har finansieret hans forskning.
Kritikken blev især hørlig i forbindelse med Astrups forskning i, hvorledes sukker omsættes i kroppen. Op gennem 1990erne satte han spørgsmålstegn ved den gængse opfattelse blandt ernæringsforskere, at sukker feder. Det førte til en række anklager for, at han var i lommen på sukkerindustrien, og en anmeldelse til politiet fra fødevaremyndighederne mod sukkerindustrien for at vildlede befolkningen om sukker og fedme.
Sagerne mod henholdvis Astrup og industrien blev dog henlagt, og Astrup har senere ændret sin vurdering af sukker som ernæring.
