W latach 1870–1871 odbył podróż naukową po Europie, odwiedzając m.in. Kopenhagę, Kraków, Wiedeń, Budapeszt, Monachium, Rzym, Florencję i Wenecję. Nawiązał wówczas kontakty z archeologami, historykami i badaczami średniowiecza z kilku krajów europejskich.
W 1879 roku zastąpił ojca na stanowisku naczelnego konserwatora zabytków Szwecji. Jednocześnie został sekretarzem Królewskiej Akademii Literatury, Historii i Starożytności oraz opiekunem państwowych zbiorów numizmatycznych. Funkcje te sprawował do 1907 roku. W tym okresie rozbudowywał zbiory średniowieczne Państwowego Muzeum Historycznego oraz utworzył archiwum antykwaryczno-topograficzne, w którym gromadzono dokumentację stanowisk archeologicznych i zabytków według podziału terytorialnego Szwecji.
Po ustąpieniu ze stanowiska został inspektorem działu etnograficznego szwedzkiego Muzeum Narodowego. Funkcję tę sprawował od 1908 roku do śmierci.
Działalność naukowa Hildebrand zajmował się archeologią prehistoryczną i średniowieczną, numizmatyką, runologią, historią sztuki, heraldyką, etnografią oraz historią kultury.