Mads Pedersen naît le au Danemark[1]. Durant son enfance, il affectionne le football qu'il pratique en club avant de s'orienter vers le cyclisme[2]. En 2012, pour sa première saison chez les juniors (moins de 19 ans), il rejoint l'équipe danoise Roskilde Junior. Il obtient de nombreuses victoires, dont sept sur le circuit UCI[3]. Pour sa première course internationale, il termine dixième de Paris-Roubaix juniors. Entre avril et mai, il remporte coup sur coup deux courses par étapes de la Coupe des Nations Juniors, le Tour d'Istrie et le Trofeo Karlsberg et termine quatrième de la Course de la Paix juniors. Ses bonnes performances participent grandement à la victoire du Danemark au général de la Coupe des Nations. En juillet, il s'adjuge le classement général du Prix de Saint-Martin Kontich[4]. Considéré comme l'un des favoris, il abandonne le championnat d'Europe et se classe 75e du championnat du monde.
En 2016, l'équipe change de nom et devient Stölting Service Group. Avec la sélection danoise, il s'adjuge dans un sprint à quatre Gand-Wevelgem espoirs, l'une des manches de la Coupe des Nations Espoirs. Le directeur sportif de son équipe, André Steensen, voit pour son protégé une carrière prometteuse après ce résultat : « Je suis sûr que cela peut être un grand coureur de classique dans l'avenir »[8]. Il termine ensuite huitième et meilleur jeune des Trois Jours de La Panne[9],[10]. Repéré lors de la course belge, il signe un contrat avec la formation Trek-Segafredo pour la saison suivante[11].
Mads Pedersen en 2013 lors de la course en ligne masculine des juniors aux championnats du monde.
En 2017, pour sa première saison professionnelle, il participe à son premier grand tour, le Tour d'Italie. Il remporte fin juin son championnat national en devancant Nicolai Brøchner et Alexander Kamp, le tenant du titre. En août, grâce à sa victoire dans le contre-la-montre de la 4e étape, il enlève le Tour du Poitou-Charentes[12]. En septembre, il participe au Tour du Danemark où il gagne la 3e étape avant de remporter le classement général deux jours après, gagnant au passage le classement par points et le classement du meilleur jeune.
Sa première partie de saison 2019 est plus difficile. Fin juillet, il est sélectionné pour représenter son pays aux championnats d'Europe de cyclisme sur route[14] et classe vingt-quatrième de la course en ligne[15]. Le de la même année, il remporte en solitaire le Grand Prix d'Isbergues, disputé sur une chaussée détrempée[16]. Une semaine plus tard, sous un déluge qui conduit à écourter d'une vingtaine de kilomètres la course[17], il devient champion du monde sur route surprise à Harrogate dans le Yorkshire devant l'Italien Matteo Trentin et le Suisse Stefan Küng[18]. Après que le favori de la course, le Néerlandais Mathieu van der Poel, a été lâché du groupe de tête, Mads Pedersen s'impose et devient ainsi le premier champion du monde sur route danois après les 2e places de Leif Mortensen en 1970, Bo Hamburger en 1997 et Matti Breschel en 2010[19].
2020 : Gand-Wevelgem
Après un début de saison 2020 sans résultats notables, il remporte au mois d'août une étape sur le Tour de Pologne et est en tête de la course pendant un jour. Deux semaines plus tard, il termine quatrième du championnat du Danemark[20]. Il participe ensuite à son premier Tour de France et se classe deuxième du sprint à Nice lors d'une première étape là aussi marquée par un temps exécrable provoquant de nombreuses chutes, derrière Alexander Kristoff, ce qui lui permet d'endosser le maillot blanc de meilleur jeune une journée. Également deuxième au sprint de l'étape sur les Champs-Élysées, il participe dix jours plus tard au BinckBank Tour. Il y gagne une étape et termine cinquième de la course, après avoir perdu le maillot de leader lors du dernier jour. Une semaine après, il remporte Gand-Wevelgem, sa première classique de niveau UCI World Tour.
2021 : Kuurne-Bruxelles-Kuurne
Lors de la saison 2021, il gagne au sprint Kuurne-Bruxelles-Kuurne et après deux podiums sur les étapes inaugurales de Paris-Nice, il termine deuxième de la Bredene Koksijde Classic derrière Tim Merlier. Il ne peut défendre son titre sur Gand-Wevelgem, car Trek-Segafredo est forfait en raison de plusieurs cas de COVID-19 dans l'équipe[21]. En juin, il participe au Tour de France où il est désigné sprinteur de l'équipe, mais ne parvient pas à faire mieux que huitième sur la 4e étape. À la mi-août, il retrouve le chemin du succès lors du Tour du Danemark (vainqueur de la deuxième étape et deuxième du général derrière Remco Evenepoel) et du Tour de Norvège (une victoire d'étape). Troisième du Tour de l'Eurométropole, il est malchanceux sur Paris-Roubaix avec une lourde chute alors qu'il était aux avant-postes.
Mads Pedersen commence sa saison en France en février par l'Étoile de Bessèges-Tour du Gard. Victorieux d'une étape, il gagne également le classement général avec deux secondes de marge sur Kévin Vauquelin[28]. Il enchaîne par une victoire au Tour de La Provence, agrémentée de victoires sur le prologue et deux des trois étapes[29]. Pedersen commence les classiques par une quatrième place sur Milan-San Remo. Dans le cadre de sa préparation à Paris-Roubaix, son grand objectif de la saison, Pedersen s'aligne sur Gand-Wevelgem. Lors d'une épreuve où Lidl-Trek montre une supériorité collective, il n'est plus accompagné que par Mathieu van der Poel à l'issue de la dernière ascension du mont Kemmel. Les deux coureurs terminent la course ensemble et Pedersen remporte la victoire après un sprint lancé à 300 mètres de la ligne d'arrivée[30]. Le 7 avril, il termine troisième de Paris-Roubaix derrière le duo d'Alpecin-Deceuninck constitué de Mathieu van der Poel, autoritaire vainqueur en solitaire, et de Jasper Philipsen qui n'a logiquement pas mené la poursuite et le bat dans un sprint à quatre. Le 2 juin, il gagne au sprint la 1re étape du Critérium du Dauphiné à Saint-Pourçain-sur-Sioule.
Sa principale qualité est d'être un bon rouleur contre-la-montre, capable de rouler vite sur des longues distances. En 2018, son directeur sportif Alain Gallopin, considère qu'« il va très vite se positionner dans les dix meilleurs mondiaux de la spécialité ». Il a également une bonne pointe de vitesse, lui permettant de s'imposer au sprint dans un groupe et même dans un peloton.
Il est à l'aise dans les conditions extrêmes, c'est-à-dire le froid et la pluie, ce qui le place comme un coureur apte à briller sur les classiques flandriennes et lui permet de décrocher le titre mondial en 2019. Un temps en difficulté lors des grandes chaleurs[32], sa victoire lors de la treizième étape du Tour de France 2022 confirme ses progrès en la matière.
Ce tableau présente les résultats de Mads Pedersen sur les courses d'un jour de l'UCI World Tour auxquelles il a participé, ainsi qu'aux différentes compétitions internationales.