Od 1980 r. pracuje w Obserwatorium Astronomicznym UW, pełniąc od 1990 r. funkcję wicedyrektora tej placówki. Został laureatem Nagrody Wydziału III PAN w 1994 r. oraz Nagrody Prezesa Rady Ministrów w 1996 r.

Od około 10 lat prof. Udalski kieruje stworzonym przez siebie zespołem astronomów warszawskich, uczestniczących w wieloletnim programie masowej fotometrii gwiazd OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), którego osiągnięcia są najbardziej znane w świecie ze wszystkich współczesnych osiągnięć astrofizyków polskich. Do ważnych wyników naukowych tego zespołu należy odkrycie pierwszego zjawiska mikrosoczewkowania w naszej Galaktyce, a następnie - dokonanie rewizji odległości do Wielkiego Obłoku Magellana.

W połowie 2001 r. prof. Udalski samodzielnie zbudował i uruchomił stojącą pod względem technicznym na najwyższym światowym poziomie kamerę mozaikową, która niepomiernie zwiększyła wydajność polskiego teleskopu pracującego w Chile (kamera CCD z ponad 65 milionami elementów światłoczułych). Oryginalnym pomysłem prof. Udalskiego było też wykorzystanie możliwości polskiego teleskopu do poszukiwania ciał o małych masach za pomocą wykrywania niezwykle rzadkich i subtelnych efektów fotometrycznych związanych ze zjawiskiem tzw. tranzytu, czyli przesłaniania jasnej gwiazdy przez małego i ciemnego satelitę.

Potwierdzenie istnienia takich obiektów jest jednym z najbardziej aktualnych problemów dzisiejszej astrofizyki. Dokładność obserwacji osiągnięta dzięki aparaturze stworzonej przez prof. Udalskiego okazała się nie mieć sobie równej wśród innych przedsięwzięć tego typu na świecie.

Prof. Udalski jest uczonym, który łączy w sobie wiele umiejętności i talentów: jest nie tylko wybitnym teoretykiem i obserwatorem, ale także znawcą w zakresie konstruowania aparatury badawczej i znakomitym realizatorem programów badawczych, a jednocześnie zaangażowanym wychowawcą młodej kadry.