Debutó en un equipo profesional con el equipo Agritubel, en el año 2005 como stagiaire. Durante 2006 volvió al ciclismo amateur para pasar definitivamente al profesionalismo en 2007, otra vez en el Agritubel donde estuvo 2 temporadas. En 2010 fichó por el equipo Vacansoleil Pro Cycling Team. De cara al 2014 fichó por el equipo Bretagne-Séché Environnement junto a su hermano menor Brice.
Sin embargo, el logro que le ha hecho más conocido ha sido portar el maillot amarillo del Tour de Francia de 2008. Cogió la escapada buena en la tercera etapa, con llegada a Nantes. Quedó tercero en la etapa, detrás de sus compañeros de escapada: Samuel Dumoulin y William Frischkorn, después de sacrificarse con el objetivo del liderato. Además se puso líder de la clasificación de los jóvenes.
Solamente portó el maillot un día, ya que la siguiente etapa era una contrarreloj de 29 km, que ganó el alemánStefan Schumacher y le valió para vestirse de amarillo. Feillu hizo una pésima crono quedando en la posición 169 a casi cinco minutos del ganador.
En febrero de 2019 anunció su retirada al finalizar la temporada.[1]
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