Christian Frederik Hagerup tilhørte en prestegenerasjon som søkte mot bred skolering og omfattende kulturelt engasjement. Målet var at man uten å oppgi en ortodoks læreposisjon skulle gi moderne opplysning og naturforståelse en teologisk og kirkelig begrunnelse.
Hagerup vokste opp i Trondheim, der faren var blitt utnevnt til biskop rett før sønnen ble født. 1749 ble han dimittert fra latinskolen i hjembyen og reiste til universitetet i København. Etter teologisk eksamen 1752 studerte han språk i noen år før han 1755 vendte tilbake til Trondheim. 1758 ble han utnevnt til misjonær i Misjonskollegiets tjeneste for samene i Skjerstad og Saltdalen, 1761 til visepastor i Skjerstad og 1768 til prost i Salten prosti. Skjerstad var på den tiden underlagt sognepresten i Bodø, titulærbiskop Nicolaus Christian Friis, men som prost i Salten ble Hagerup samtidig Friis' overordnede, og det var i denne egenskap at han i siste del av 1760-årene var med på å innlede en gransking av Friis for vanskjøtsel av Misjonskollegiets midler.
1769 ble Hagerup utnevnt til sogneprest i Vår Frue kirke i Trondheim og 1772 dessuten til notarius ved byens domkapittel. Konstellasjonen rundt den nyutnevnte trondheimsbiskopen Marcus Fredrik Bang 1774, da biskopens svigersønn og Hagerups fiende Ole Irgens ble stiftsprost, gjorde at Hagerup søkte seg bort fra hjembyen, og samme år fikk han embetet som sogneprest i Nykirken i Bergen. Men da Irgens ble biskop i Bergen 1780, vendte Hagerup tilbake til Trondheim. Uten å ha søkt embetet ble han utnevnt til stiftsprost og sogneprest i domkirken, en stilling han hadde til sin død.
Teologisk var Hagerup ortodoks-konservativ, og som geistlig hadde han et betydelig ry som en ryddig administrator, dyktig prest og fremstående predikant. I bergenstiden engasjerte han seg i det offentlige liv, bl.a. som medstifter av Det nyttige Selskab og medlem av direksjonen for De frivillige Harmonisters Academie (det senere Musikselskabet Harmonien). Han ble medlem av Det Kongelige Norske Videnskabers Selskab i Trondheim 1768 og var visepreses der 1780–91. Han var også medlem av naturforskerselskapet i Danzig og Det topographiske Selskab i Christiania. 1773 fikk han den teologiske magistergrad og 1779 den teologiske doktorgrad ved universitetet i København.
Mest kjent ble han likevel for sin innsats for den naturvitenskapelige forskning, for universitetssaken og for pedagogikken. Han arbeidet aktivt for å gi undervisningen av samene høyere pedagogisk kvalitet, han bidrog med egne midler for å støtte deres skolegang og la et betydelig grunnlag for å etablere systematisk kunnskap om deres språk. Hans språksamlinger ble senere utnyttet av Knud Leem.
Allerede i sin tid som misjonær og prest i Nordland studerte Hagerup astronomi, han samlet inn et omfattende botanisk materiale som senere ble stilt til disposisjon for biskop Johan Ernst Gunnerus, og han innførte poteten som nyttevekst i Skjerstad. I sin siste periode som prest i Trondheim engasjerte han seg for å få opprettet en realskole i byen, og han satt i skolens direksjon frem til 1791. Særlig i 1780-årene engasjerte han seg til fordel for tanken om et eget norsk universitet. I flere taler som senere ble trykt eller sirkulerte som manuskript, gikk han sterkt inn for denne sak. Særlig kjent i så måte ble en tale han holdt i Videnskabsselskabet 1788 med kronprins Frederik til stede.
I 1790-årene var Hagerup på tale som biskop både i Bergen og i Trondheim, men han ble forbigått på grunn av intriger.