Nació en Smedjebacken. Era hijo de Halvor Heyerdahl (1825-1900) y de Hilda Margretha Haak (1834-1917). Su padre era un importante ingeniero y arquitecto. En 1859 la familia se mudó a Drammen, donde su padre asumió el cargo de ingeniero municipal y jefe de bomberos.^[2]​

Heyerdahl quiso seguir los pasos profesionles de su padre, pero al final se decantó por el arte y estudió en Christianía (Statens håndverks- og kunstindustriskole, escuela noruega de artesanía e industria del arte), la Academia de Bellas Artes de Múnich (1874-77) y París (1878-82).^[3]​

Más tarde, pasó dos años en Italia antes de regresar a Noruega, donde inauguró una escuela privada de pintura con Christian Krohg y Erik Werenskiold.

Pasó sus veranos pintando en Åsgårdstrand, donde inspiró a Edvard Munch, quien empezaba su carrera.^[4]​

Además de sus paisajes, pintó escenas de la historia noruega y varios retratos de personajes ilustres, entre ellos Frits Thaulow (1885), Knut Hamsun (1893) y Henrik Ibsen (1894).

Después de 1900, pasó otros seis años en París, donde sus pinturas adquirieron un tono más melancólico.^[5]​

En 1904, fue nombrado Caballero de la Orden de San Olaf.^[2]​

•  
  En la ventana (1881)
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  María Magdalena (1882)
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  Niño que pesca (1886)
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  Niña y grosellas (c.1890)
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  La muchacha con el cabello de lino (c.1890)
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  Un idilio (1906)

• Obras de Heyerdahl.