AmateurEdit
Hagelin spillede to sæsoner for Södertälje SK’s hold i J20 SuperElit, før han påbegyndte sin college-karriere. I den periode scorede han 44 mål og 51 assists, hvilket giver ham en femteplads på alle tiders liste over point og scorede mål for Södertälje, samt en fjerdeplads i antal mål pr. sæson.
Efter at være flyttet til Nordamerika spillede Hagelin collegehockey for University of Michigan Wolverines ishockeyhold i Central Collegiate Hockey Association (CCHA). Dermed blev han den første svenske ishockeyspiller nogensinde til at spille for universitetet. Som junior i 2009-10 var Hagelin med til at hjælpe Michigan med at vinde CCHA-mesterskabet og blev udnævnt som Academic All-Big Ten. Som senior i 2010-11 vandt Hagelin CCHA’s pris for bedste defensive forward og blev udnævnt til All-CCHA First Team. Han vandt også CCHA Best Defensive Forward Award og var finalist til CCHA Player of the Year Award for sæsonen 2010-11. Han blev desuden optaget på Inside College Hockey 2010-11 All-America Third Team og AHCA/Old Time Hockey All-American Ice Hockey Team (andet hold, vest).
Hagelin blev derefter valgt i sjette runde, 168. samlede, af New York Rangers ved NHL Entry Draft i 2007. Før han spillede i Michigan, bar Hagelin nummer 26, men da det nummer allerede var taget af forward-kollegaen Danny Fardig, skiftede Hagelin til 12. Senere valgte Hagelin så at bære nummer 62 hos Rangers, fordi både 12 og 26 allerede var taget, så han byttede om på cifrene i sit gamle 26 og bar dermed 62. Hagelin spillede i 2008 VM i juniorishockey med Sverige, hvor han vandt sølv.
ProfessionelRediger
New York RangersRediger
Efter Michigan tabte NCAA-finalekampen i 2011, underskrev Rangers en professionel kontrakt med Hagelin, hvorved han sluttede sig til Rangers’ daværende American Hockey League (AHL)-filial, Connecticut Whale, i Calder Cup-slutspillet i 2011. Han begyndte derefter den efterfølgende 2011-12-sæson med at spille for Whale.
Hagelin fik sin NHL-debut mod Washington Capitals den 25. november 2011, hvor han registrerede en assist på et mål af Brian Boyle for sit første NHL-point. Hagelin scorede derefter sit første NHL-mål i karrieren den næste dag mod målmanden Sergei Bobrovsky fra Philadelphia Flyers.
Efter Adam Henrique fra New Jersey Devils trak sig fra NHL All-Star Rookie Showcase 2012 på grund af en skade, tog Hagelin hans plads og skulle deltage i Fastest Skater-udfordringen under Skills Competition og vandt i sidste ende konkurrencen efter at have slået Ottawa Senators-rookie Colin Greening med den hurtigste slutrundetid, der nogensinde er registreret, 13,218, senere slået af Jonathan Drouin i 2015. Ikke desto mindre indrømmede Hagelin senere, at Rangers-holdkammeraten Marián Gáborík måske er en endnu hurtigere skøjteløber.
Den 15. april 2012 modtog Hagelin en suspension på tre kampe for at have slået Ottawa Senators-kaptajnen Daniel Alfredsson i hovedet med en albue under New Yorks nederlag i kamp 2 i Eastern Conference-kvartfinalen.
I sæsonen 2014-15 matchede Hagelin sit karrierestørste mål med 17 mål og tilføjede 35 point i 82 kampe for de Presidents’ Trophy-vindende Rangers. Den 24. april 2015 scorede Hagelin det afgørende mål i serieafslutningen i overtiden i kamp 5 i 2015 Eastern Conference-kvartfinalen mod Pittsburgh Penguins i 2015.
Anaheim DucksRediger
Den 27. juni 2015 blev Hagelin, der skulle blive restricted free agent den 1. juli, handlet sammen med to draft picks til Anaheim Ducks i bytte for Emerson Etem og et andenrundevalg i NHL Entry Draft 2015, som New York brugte til at vælge Ryan Gropp. Han blev senere skrevet under på en fireårig kontrakt med Ducks den 14. august 2015.
Pittsburgh PenguinsRediger
I sæsonen 2015-16 kæmpede Hagelin med sin nye klub og formåede ikke at reproducere sin scoringstilstedeværelse fra sin tid i Rangers. Med 12 point i 43 kampe blev Hagelin handlet af Ducks til Pittsburgh Penguins i bytte for forward David Perron og backen Adam Clendening den 16. januar 2016. Hagelin producerede derefter 27 point i 37 kampe og var med til at sætte gang i Penguins’ turnaround midt i sæsonen med sin hurtighed. Han var også en vigtig bidragsyder i slutspillet, hvor han scorede 16 point på vej til et Stanley Cup-mesterskab i 2016. Hagelin vandt igen pokalen i 2017, da han besejrede Nashville Predators i seks kampe. Selv om denne sæson blev skæmmet af skader og lav pointproduktion, scorede Hagelin dog det sidste mål i slutspillet, et tomt mål i kamp seks, som beseglede 2-0-sejren.
Los Angeles KingsRediger
Den 14. november 2018 handlede Penguins Hagelin til Los Angeles Kings i bytte for Tanner Pearson. Hagelins tid hos Kings var kort og skæmmet af skader, hvilket begrænsede ham til kun 22 kampe med holdet.
Washington CapitalsEdit
Den 21. februar 2019 handlede Kings Hagelin til Washington Capitals i bytte for et valg i tredje runde i NHL Entry Draft 2019 og et betinget valg i sjette runde i NHL Entry Draft 2020. Kings beholdt også 50 % af Hagelins løn som en del af handlen.
Den 16. juni 2019 genunderskrev Capitals Hagelin med en fireårig kontraktforlængelse på 11 millioner dollars med et årligt gennemsnit på 2,75 millioner dollars.