Van 1877 tot 1881 was hij hoogleraar wiskunde aan de Universiteit van Helsinki. Daarna werd hij de eerste hoogleraar in de wiskunde aan de Hogeschool van Stockholm, de latere Universiteit van Stockholm. Van 1891-1892 was hij president van het college van bestuur. In 1911 ging hij met emeritaat. Na zijn pensionering ging Mittag-Leffler in zaken. Daarin had hij enige tijd succes, maar de economische ineenstorting in Europa in 1921 en 1922 kostte hem zijn fortuin.
Mittag-Leffler was een overtuigd pleitbezorger van de rechten van de vrouw en hielp bij de benoeming van Sofia Kovalevskaja tot gewoon hoogleraar in de wiskunde in Stockholm - de eerste vrouw die ergens in de wereld in deze positie werd benoemd.
Mittag-Leffler richtte in 1882 het wiskundig tijdschriftActa Mathematica op, dat gedeeltelijk betaald werd uit het fortuin van zijn vrouw Signe Lindfors, die afkomstig was uit een zeer rijke Finse familie. Hij bouwde een uitgebreide wiskundige bibliotheek op in zijn villa in de Stockholmse buitenwijkDjursholm. Dit huis en de inhoud daarvan werden aan de Zweedse Academie van Wetenschappen gedoneerd als het Mittag-Leffler Instituut.
Trivia
De legende dat Alfred Nobel er niet voor voelde een Nobelprijs voor de wiskunde in te stellen, omdat Mittag-Leffler zijn vrouw Signe Lindfors van Alfred Nobel had afgepakt, schijnt niet op waarheid te berusten.
