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Mark Cullen es licenciado por el Harvard College y la Facultad de Medicina de Yale. Cullen se incorporó al cuerpo docente de Yale en 1981 tras formarse en Medicina Interna y Epidemiología Clínica. Dedicó las dos primeras décadas de su carrera al estudio de los principales riesgos laborales en una serie de proyectos clínico-epidemiológicos basados en datos recogidos en el Centro de Investigación Clínica de Yale (ahora CTSA). Al mismo tiempo, estableció y construyó un Programa de Medicina Ocupacional y Medioambiental que explotaba los recursos clínicos, biológicos y analíticos de ese entorno único de la facultad de medicina, formando parte de la sección de estudios de OH y de numerosos puestos consultivos públicos y privados sobre salud ocupacional, entre los que se incluyen la Junta de Consejeros Científicos del NIOSH, la Red de Investigación MacArthur sobre Estatus Socioeconómico y Salud y la Junta de Política de Ciencias de la Salud del Instituto de Medicina. En 1997 fue elegido miembro del IOM (ahora Academia Nacional de Medicina).

Desde 1997, la investigación de Cullen se transformó hacia la epidemiología social y medioambiental de conjuntos de datos más amplios. El mayor esfuerzo individual consistió en un estudio transdisciplinar en curso sobre la enfermedad, la discapacidad y la muerte de una gran cohorte internacional de trabajadores del aluminio, con el objetivo de explicar las grandes diferencias de salud entre la mano de obra. El «Estudio Alcoa» ha dado lugar hasta la fecha a más de 70 artículos y ha formado a más de 40 alumnos de doctorado y posdoctorado en medicina, epidemiología, bioestadística y economía, y ha servido como conjunto de datos modelo para la integración de varias fuentes de datos administrativos de gran tamaño, incluidos numerosos conjuntos estadísticos federales.

En 2009, el Dr. Cullen fue contratado en Stanford como Jefe de Disciplinas Médicas Generales y se interesó cada vez más por el potencial de los grandes datos observacionales, fusionando la EMR, la biología y la fisiología con los datos sociales y medioambientales disponibles, para identificar nuevas vías de descubrimiento y traslación, tanto a pie de cama como a través de las políticas públicas. En abril de 2015, este esfuerzo se vio recompensado cuando fue nombrado director inaugural del Centro de Ciencias de la Salud de la Población de Stanford, dedicado al descubrimiento de las vías a lo largo de la vida por las que el entorno social y físico y el comportamiento conducen a una expresión beneficiosa o perjudicial de la dotación genética. Un foco singular del trabajo del Centro sigue siendo la explicación de las crecientes disparidades sanitarias entre ricos y pobres, blancos y no blancos, y entre mujeres y hombres. Fue este trabajo el que le llevó a organizar al profesorado en torno a SPHERE, el Centro de Stanford para el estudio de cómo la genética y otras «ómicas» pueden utilizarse para abordar las disparidades sanitarias.

En 2016 Cullen fue invitado por la dirección de Stanford a asumir el cargo de Decano Asociado Sénior de Investigación, y se convirtió en co-PI en el CTSA de Stanford. Esta posición le ha proporcionado el contexto para poner en primer plano una nueva ética de la traslación en la comunidad investigadora, y el nicho crítico que los datos observacionales desempeñarán en el esfuerzo colectivo para lograr un progreso real en la medicina traslacional. A pesar de sus funciones administrativas, sigue participando activamente en el Estudio Alcoa y en numerosas colaboraciones, incluidas las del Centro de disparidades.