Mark O. Madsen var udtaget til OL i Beijing 2008, men vandt ingen medaljer. Han deltog også i OL i London 2012, tabte i første runde til Roman Vlasov fra Rusland, men da russeren gik hele vejen til finalen, fik Mark chancen i en opsamlingskamp. Her slog han Christophe Guenot fra Frankrig, inden han tabte bronzekampen mod Aleksandr Kazakevic fra Litauen. Mark O. Madsen er den første bryder nogensinde som har kvalificeret sig til OL tre gange i træk. I september 2015 vandt Mark O. Madsen sølv til VM i Las Vegas, hvilket samtidig sikrede adgang til Sommer-OL 2016 i Rio de Janeiro  Ved siden af sin sport læser Mark O. Madsen HA Sports- og eventmanagement på Syddansk Universitet. Den 28. maj 2016 blev det til to sejre for Brydeklubben Thor i det Nordiske Mesterskab. Den ene guldmedalje vandt Mark O. Madsen, mens den anden ære tilfaldt ungdomsbryderen Nikolai Mohammedi.  Profesionel karriere Den 26. september, 2013 debuterede han som MMA-kæmper ved European MMA 6, hvor han i Brøndby knockoutede tyske Philipp Henze efter 44 sekunder i 1. omgang. Siden kæmpede han en gang, i en submission sejr efter 2 minutter og 27 sekunder mod engelske Chay Ingram ved European MMA 9: "Mark" Your Time på Frederiksberg den 23. maj, 2014, før han valgte at fokusere fuldt ud på brydning frem mod OL i 2016 hvor han vandt sølv. Den 13. januar, 2018 gjorde Madsen comeback i MMA ved MMA Galla i Nykøbing Falster, hvor han besejrede svenske Matthias Freyschuss efter 28 sekunder i 1. omgang.  Madsen mødte engelske Dez Parker til Danish MMA Night den 9. juni, 2018 i Brøndbyhallen i København. Han slog Parker på TKO efter 4 minutter og 30 sekunder i 1. omgang.  Den 9. Marts, 2019 Ved Cage Warriors 103 mødte Mark o Madsen den Franske mma kæmper Thibaud Larchet som han besejrede i KB Hallen.