Mads Mikkelsen lahir di Østerbro, sebuah kawasan di Kopenhagen, Denmark. Ia memulai kariernya bukan sebagai aktor, tetapi sebagai penari dan atlet senam profesional, yang memberikan disiplin tubuh dan ekspresi yang kuat, dua aspek yang kelak membentuk karier aktingnya. Mikkelsen baru mulai berakting pada usia 30 tahun, memulai dengan teater dan beberapa produksi kecil. Namanya mulai naik daun di Denmark berkat film Pusher (1996) yang menjadi film kultus di kalangan penggemar film kriminal.

Penampilan internasionalnya yang pertama datang dengan peran dalam King Arthur (2004), di mana ia berperan sebagai Tristan. Namun, dunia benar-benar memperhatikannya melalui perannya sebagai Le Chiffre, seorang antagonis karismatik dalam Casino Royale (2006), yang menjadi titik penting dalam kariernya. Sejak itu, Mikkelsen sering kali membawakan peran yang intens dan emosional, seperti dalam The Hunt (2012), di mana ia memerankan seorang pria yang dituduh melakukan kejahatan yang tidak ia lakukan, sebuah peran yang membuatnya memenangkan Penghargaan Aktor Terbaik di Festival Film Cannes.