2002年，马龙参加山东日照的优秀苗子集训，在60多人参加的集训中获得20多名，入选国家二队。
2003年，在进入二队后第一次参加的升降级比赛中，马龙获得了12个人中的第二名的成绩。随后，他凭借此成绩进入了国家一队的二组。
2004年，马龙在乒乓球亚青赛中获得男团、男单、混双冠军，男双亚军；在乒乓球世青赛中获得男团、男单冠军，男双、混双亚军。同年10月，马龙在全国锦标赛男单比赛中一路击败刘国正、王皓和李平进入决赛，最后负于王励勤获得亚军。
2005年，马龙在全运会男单项目中击败马琳，获得铜牌。
2006年，18岁的马龙随中国乒乓球队出征不莱梅世锦赛团体赛，并获得了自己第一个世界冠军；同年获得多哈亚运会男团冠军。
2007年2月22日，马龙在科威特乒球公开赛中战胜马琳后夺得自己的第一个公开赛冠军；11月18日，在乒乓球职业巡回赛瑞典公开赛男子双打决赛中，马龙搭档王皓经过七局苦战，以4-3力挫赛会头号种子、新加坡高宁、扬子，夺得男双冠军。
2008年3月31日，在亚洲杯乒乓球中马龙苦战六局，以4比2力克队友陈玘，夺得男单冠军。同年12月14日，马龙连克王皓、马琳、王励勤，获得首个个国际乒联职业巡回赛总决赛单打冠军。2008年至2009年，创造吉尼斯世界纪录。
2009年10月25日，在乒乓球世界杯男子团体赛中迎战韩国队，马龙单打获胜，帮助中国队以3比0横扫韩国队卫冕成功。同年11月，在19届亚洲乒乓球锦标赛中，马龙夺得男单冠军，与许昕搭档获得男双金牌，再加上男团冠军和与李晓霞配对拿到的混双金牌，个人独揽四金，这也是自1984年谢赛克加冕四冠王以来中国首个亚锦赛四冠王。。
2010年10月，马龙获在世界杯团体赛中以3比1战胜韩国选手李廷佑，帮助中国队获得男团冠军；11月20日，在广州亚运会乒乓球男子单打决赛中马龙4-2战胜队友王皓，获得广州亚运会男单冠军。
2011年9月，马龙在第24届乒乓球亚洲杯中34天内收获到了3个冠军，同时也以三冠王身份成为亚洲杯史上的第一人。自2011年8月苏州公开赛到2012年1月底的斯洛文尼亚公开赛，马龙延续了224天实现了的56场不败的记录，该记录成为国际乒联和中国乒联最高的个人战绩。
2012年4月，获得多特蒙德世乒赛团体冠军，决赛中第二个出场迎战德国队的奥恰洛夫并以3:0完胜，在本届比赛中六次出场、一局未失；8月参加伦敦奥运会男子乒乓团体赛，在对阵德国的半决赛中，马龙独得两分，分别战胜奥恰洛夫和斯特格，成为男乒闯进决赛的头号功臣；在随后的男团决赛中，马龙又在首盘以3-1力克韩国名将柳承敏，为中国队夺冠打下基础，同时收获首个奥运冠军头衔。同年9月30日，马龙以4-0战胜波尔，获得世界杯冠军，这也是他的首个单打世界冠军。
2013年，马龙在亚洲乒乓球锦标赛中作为男队核心，带领许昕、闫安和樊振东等参赛并夺得团体冠军，并获得男单冠军，实现亚锦赛三连冠，成为亚锦赛男单历史上的第一人。9月，全运会乒乓球男单半决赛马龙4-2战胜王皓晋级，决赛中对阵黑马樊振东，经过七局苦战，在2-3落后的情况下，最终4-3逆转夺冠；混双决赛，与丁宁搭档4-2力克张超/刘诗雯夺冠。
2014年3月，乒乓球亚洲杯男单决赛，马龙以4-3险胜樊振东，成就亚洲杯四冠，再度成为夺得亚洲杯冠军最多的选手。4月，通过队内投票，马龙当选为中国乒乓球男队新一代队长。5月获得东京世乒赛男团冠军，在决赛中分别战胜波尔和奥恰洛夫立下头功，并被评为当届最佳运动员；10月，在仁川亚运会中获得男团、男双冠军；同月在男乒世界杯决赛中3-4惜败给队友张继科获得亚军。
2015年1月，马龙获得乒乓球团体世界杯冠军；5月3日，在苏州世乒赛男单比赛中马龙收获个人首个世乒赛男单冠军。8月9日，在国际乒联世界巡回赛中国公开赛中获得男单冠军。10月19日，2015男乒世界杯在瑞典哈尔姆斯塔德落幕，马龙4比0横扫状态不俗的师弟樊振东，继2012年之后再度夺得男乒世界杯冠军头衔。12月14日，国际乒联巡回赛总决赛结男单决赛中，马龙4-3战胜队友樊振东再次夺冠，成为乒乓球历史上首位一年内取得这三项冠军的男子球员。
2016年2月，德国公开赛男单决赛，马龙以4-1战胜萨姆索诺夫，巡回赛单打冠军总数增加到25个，超越王励勤，成为乒联巡回赛中最成功的中国球员。25个冠军头衔在乒联巡回赛单打冠军榜上位居第二。3月，在吉隆坡世乒赛团体决赛中，第二个出场以3-0横扫对手，帮助中国男队取得世乒赛团体八连冠，自12年至16年以来连续三届世乒赛，总计十八次上场，均以3-0取胜一局未失。8月12日，里约奥运会乒乓球男子单打决赛，马龙以4-0击败张继科，首次夺得奥运男单冠军，实现个人男单大满贯，成为中国男乒史上第4位大满贯选手，同时也是史上首位集奥运会、世锦赛、世界杯、亚运会、亚锦赛、亚洲杯、巡回赛总决赛、全运会单打冠军于一身的超级全满贯男子选手。8月18日，里约奥运乒乓球男团决赛，马龙独得两分，帮助中国男团3-1击败日本收获冠军，实现奥运男团三连冠。9月14日，获得了首都劳动奖章。12月9日，国际乒联进行年度最佳评选的颁奖典礼，马龙获得年度最佳男运动员奖项。同月11日，马龙4-2战胜樊振东，第五次夺得国际乒联巡回赛总决赛男子单打冠军，再一次刷新了自己夺得总决赛单打冠军次数的纪录。12月15日，当选2016中国十佳劳伦斯冠军奖最佳男运动员。同日获得2016CCTV体坛风云人物年度最佳男运动员奖提名奖。
2017年1月15日，马龙获得2016年度CCTV体坛风云人物最佳男运动员奖。同年2月26日，马龙以4-2战胜樊振东，卫冕卡塔尔公开赛男子单打冠军。这是他第三次夺得卡塔尔公开赛男单冠军，也是他的第23个公开赛男子单打冠军，不愧为当今乒坛霸主、“巡回赛之王”。4月12日，马龙获得亚洲乒乓球锦标赛男子团体冠军。而在亚洲乒乓球锦标赛男单1/16决赛中，马龙1-3不敌韩国选手郑尚恩，无缘16强。同年6月5日，德国杜塞尔多夫世乒赛展开男单决赛争夺，马龙4-3战胜樊振东夺冠。6月18日，国际乒联日本公开赛男单决赛进行，马龙4-1击败樊振东，五局比分分别是11-7、5-11、11-7、11-8、11-5 。这是马龙职业生涯首次获得日本公开赛男单冠军。6月23日，中国乒乓球公开赛男单比赛中，马龙宣布退赛， 日本选手大岛祐哉不战而胜。9月5日，第十三届全运会乒乓球男双决赛中，马龙/许昕以3比4不敌樊振东/周雨，屈居亚军。9月6日，全运会乒乓球比赛落下帷幕，马龙赢下最重要的男单冠军。在与樊振东的决赛里，一度1比2落后的马龙连扳三局以4比2获胜卫冕成功，成为中国历史上第一位卫冕全运会乒乓球男单冠军的选手。同年10月22日，2017年男乒世界杯，马龙4-2（11-5、11-13、6-11、11-5、11-7、11-9）战胜法国球员西蒙-高兹，个人职业生涯第三次获得男乒世界杯季军。
2018年2月26日，2018年乒乓球团体世界杯，马龙、许昕、樊振东代表中国男队以总分3比0完胜日本队，实现七连冠，马龙也成为男乒第一个获得世界比赛20冠的运动员（世乒赛团体赛后，这个记录上升到21冠）。3月26日，2018国际乒联巡回赛德国公开赛在不来梅落下帷幕，收官战中，马龙许昕这对默契搭档以3比0完胜韩国组合李尚洙/郑荣植，夺得男双冠军。而在稍早进行的单打决赛中，他以4-1击败许昕，获得单打冠军，成为第一位德国公开赛单打五冠王。6月3日，国际乒联世界巡回赛中国公开赛，马龙4比1击败樊振东夺得冠军，成为第一位中国公开赛单打七冠王。8月19日，2018年国际乒联保加利亚公开赛男双决赛，马龙/许昕3-1战胜森园政崇/大岛佑哉获得冠军。
2019年4月27日，世界乒乓球锦标赛男双决赛中马龙与王楚钦以11：3、8：11、11：7、11：3、11：5，总比分4：1战胜跨国组合约内斯库/罗伯勒斯，获得男双项目的冠军。4月28日，世界乒乓球锦标赛男单决赛中，马龙4-1战胜瑞典黑马法尔克，实现世乒赛三连冠。成为继1965年庄则栋后，54年来首位夺得世乒赛三连冠的球员。2019中国乒乓球公开赛男单半决赛，马龙4-1战胜日本选手张本智和，顺利晋级男单决赛。6月3日，2019年中国乒乓球公开赛在宝安体育馆收官，继下午在男单半决赛击败国乒未来10年最重要对手、日本队的16岁华裔新星张本智和之后，马龙又在晚上的男单决赛中以4比0完胜队友林高远，从而超越白俄罗斯名将萨姆索诺夫，创历史地夺得个人第28个公开赛男单冠军，同时刷新了自己保持的中国公开赛男单冠军记录，成为第一位中国公开赛男单八冠王。7月7日，马龙夺得韩国乒乓球公开赛男单亚军。8月7日，2019世界杯邀请名单出炉，马龙刘诗雯领衔出战。10月7日，国际乒联官网公布了在日本东京举行的乒乓球世界杯团体赛各队参赛名单，马龙领衔中国男队出战。11月29日，中国乒协在成都召开第九届理事会第一次会议，马龙当选为运动员委员会主任。12月11日，2019年国际乒联颁奖盛典，马龙获得最佳男运动员奖，这也是马龙继2015年、2016年后第三次拿到这一奖项。
2007年2月22日至2019年6月2日，创造吉尼斯世界纪录。
2020年2月，2020年国际乒联德国公开赛男单决赛，许昕对阵马龙，最终马龙0-4不敌许昕获得男单亚军。3月7日，在卡塔尔公开赛男双决赛中，马龙/许昕以3-1战胜皮切福特/金科霍尔，夺得男双冠军。10月9日，在乒乓球全国锦标赛男双决赛中，马龙/许昕以4-1战胜林高远/梁靖崑，夺得冠军。
2020年10月9日，在山东威海举办的2020全国乒乓球锦标赛中，马龙和许昕在男双决赛中以4：1战胜组合梁靖崑/林高远，摘得双打金牌。
2020年10月10日，在全国乒乓球锦标赛男单决赛中，马龙3-4负樊振东夺得亚军。11月15日，在2020年男乒世界杯决赛中以3-4不敌樊振东获得亚军。11月22日，国际乒联总决赛男单决赛，马龙以13-11、11-7、12-10、9-11、11-8，总比分4-1击败了樊振东，第六次夺得总决赛冠军。
2020年11月29日，WTT澳门国际乒乓球赛男单冠军。
2021年5月16日，中国乒协正式公布中国乒乓球队东京奥运会参赛名单：男单：马龙、樊振东，男团：马龙、樊振东、许昕。
2021年7月14日，马龙入选2020年东京奥运会中国体育代表团乒乓球项目运动员名单。
2021年7月28日，在东京奥运会乒乓球男子单打1/4决赛中，马龙以4-1战胜埃及选手阿萨尔，成功晋级男单四强；7月29日的半决赛，马龙以4-3战胜德国选手迪米特里·奥恰洛夫，挺进决赛。7月30日，在东京奥运会乒乓球男单决赛上，马龙以4-2（11-4、10-12、11-8、11-9、3-11、11-7）战胜樊振东，获得冠军。马龙成为首位蝉联奥运男单金牌的运动员，同时也成为乒坛第一位成就男单双圈大满贯的球员。8月6日，在东京奥运会乒乓球男子团体决赛中，马龙、樊振东、许昕代表中国队3-0战胜德国队，实现该项目奥运四连冠。获得冠军。
2021年8月24日，马龙入选第十四届全国运动会乒乓球项目参赛名单。9月12日，马龙退出全运会男单争夺，专注于男团和男双两项。9月15日，马龙成为第十四届全运会开幕式第五棒火炬手，将圣火传递给杨倩。9月21日，在全运会乒乓球男团比赛中，马龙所在的北京队获得银牌。9月25日，在全运会男双半决赛中，马龙与王楚钦以4-0横扫黑龙江队的徐瑛彬、曹巍，晋级决赛。同日，在全运会男双决赛中，马龙与王楚钦以4-0战胜队友闫安、徐晨皓，夺得冠军。
2021年10月，中国乒乓球俱乐部超级联赛在山东威海举行，马龙代表山东鲁能俱乐部参赛。10月12日，在乒超联赛男团决赛中，马龙与闫安、王楚钦组成的山东鲁能队获得亚军。
2021年11月14日，国乒世乒赛热身赛决赛中马龙0比4负于樊振东。
2021年11月16日，国际乒联最新一期世界排名男单第2位。
2022年1月，将和队友许昕、刘诗雯等代表中国参加在中国澳门塔石体育馆举行的“WTT澳门冠军赛2021中国之星”比赛。
2022年1月14日，世界乒乓球职业大联盟（WTT）公布了“WTT澳门冠军赛2021中国之星”参赛名单，马龙入选。1月22日，在WTT澳门冠军赛男子单打1/4决赛中，马龙以1-3不敌王楚钦，无缘四强。
2022年3月20日，在2022年WTT新加坡大满贯赛男子单打决赛里，马龙以3-4不敌樊振东获得亚军。
2022年3月22日，据国际乒联消息，国乒主力马龙退出即将进行的WTT多哈球星挑战赛。
2022年3月22日，国际乒联第12周世界排名，马龙名列男单第二。
2022年5月17日，国际乒联公布2022年第20周世界排名。马龙名列男单第二，积分为3400分。同月，国际乒联第22周排名出炉，马龙名列第二。7月，作为男单一号种子参加在匈牙利首都布达佩斯举行的首届WTT冠军赛（欧洲夏季系列赛）。7月13日晚，WTT球星挑战赛布达佩斯站男双1/8决赛，马龙/王楚钦以3比1淘汰法国组合勒布伦兄弟，晋级8强。7月14日，2022年WTT球星挑战赛匈牙利布达佩斯站正赛结束首日争夺，男子单打首轮，马龙轮空直接晋级；男双首轮，王楚钦/马龙以3比1（10比12、11比4、11比3、11比8）击败法国的勒伯恩组合。7月15日，在WTT球星挑战赛布达佩斯站男子单打八强比赛中，马龙以3比0战胜葡萄牙选手弗雷塔斯，晋级下一轮。同日，WTT球星挑战赛布达佩斯站男双四分之一决赛，马龙/王楚钦以3比1（11比5、11比6、7比11、11比7）战胜中国台北的廖振珽/林昀儒。7月16日消息，2022年WTT球星挑战赛匈牙利布达佩斯站男单四分之一决赛，马龙以3比2（11比5、8比11、11比5、9比11、11比9）险胜林高远晋级。7月16日，WTT球星挑战赛布达佩斯站男双半决赛，马龙/王楚钦以2比3不敌韩国组合赵大成/李尚洙，无缘决赛。7月16日，在匈牙利布达佩斯举行的世界乒乓球职业大联盟（WTT）欧洲夏季系列赛之球星挑战赛男子单打半决赛中，被队友王楚钦以4比3战胜，无缘决赛。7月18日，WTT冠军赛布达佩斯站男单比赛，马龙以3：0战胜奥地利选手罗伯特·加多斯，晋级下一轮比赛。7月21日，WTT冠军赛布达佩斯站第二轮，马龙以2比3惜败于德国好手弗兰西斯卡，无缘个人首个WTT赛事男单冠军。
