Karen Østergaards forskningsområde er basalgangliesygdomme, bl.a. Parkinsons sygdom.
Karen Østergaard blev speciallæge i Neurologi i 1995 og dr.med. i 1997 på en afhandling om neurobiologisk grundforskning relateret til Parkinsons sygdom.
Siden 1998 har hun været overlæge på Neurologisk Afdeling F, Århus Sygehus. Hendes væsentligste kliniske forskningsområde er Parkinsons sygdom og behandling heraf med såkaldt Dyb Hjerne Stimulation (Deep Brain Stimulation).