Før Mads Mikkelsen uddannede sig til skuespiller ved Aarhus Teater i 1996, arbejdede han som professionel danser i otte år.
Han fik sit store gennembrud i dansk film med rollen som Tonny i Nicolas Winding Refns kultfilm Pusher (1996), hvor han hurtigt blev kendt for sine stærke og intense præstationer som rå eller marginaliserede typer – herunder i Bleeder (1999), Blinkende lygter (2000) og Pusher 2 (2004).
Sideløbende viste han en mere følsom side som kriminalbetjenten Fischer i den populære DR-serie Rejseholdet (2000–2002) samt i Susanne Biers dramaer Elsker dig for evigt (2002) og Efter brylluppet (2006). Han har ligeledes demonstreret sit store komiske talent i Anders Thomas Jensens sorte komedier som De grønne slagtere (2003) og Adams æbler (2005).
Internationalt fik Mikkelsen sit helt store gennembrud som skurken Le Chiffre i James Bond-filmen Casino Royale (2006). Siden da har han medvirket i en lang række internationale storfilm og Hollywood-produktioner.
I 2012 modtog han den fornemme pris for Bedste mandlige skuespiller ved Cannes Filmfestival for sin præstation som Lucas i Thomas Vinterbergs Jagten. For samme rolle modtog han i 2014 både en Robert og en Bodil for Bedste mandlige hovedrolle. I 2011 blev han desuden hædret med æresprisen European Achievement in World Cinema ved European Film Awards.
