1970年オスロに生まれ、ノルウェーの田舎町で育つ。4歳でピアノを始め、楽譜を読んでクラシック曲を演奏できるようになる前から作曲や即興演奏を行っていた。

19歳のとき、オスロ大学で勉強を始め、ジャズへの関心が芽生え始める。1993年にトロンハイムの音楽院のジャズ科に入学し、いくつかのバンドを結成してスカンジナビア全土をツアーで回るようになる。

2003年、グスタフセンがトリオで録音した『チェンジング・プレイス』でECMデビュー、ECMにとってここ10年で最も成功したアルバムとなった。2005年、2枚目のトリオ・アルバム『The Ground』がノルウェーのポップチャートで1位を獲得し、2007年には『Being There』で3部作を完成させた。2009年、グスタフセンはより柔軟なアンサンブルを新たに立ち上げ、アルバム『Restored, Returned』を発表。2012年にはインストゥルメンタル・カルテット・アルバム『The Well』を発表し、グスタフセンは、「これらのバンドやプロジェクトは、私自身の演奏の深化のための探求を表しています」と語っている。2018年に11年ぶりのトリオ作品『The Other Side』を発表。