Durant sa jeunesse, Mark Donovan pratique d'abord la course à pied. Il décide ensuite de passer au cyclisme vers l'âge de treize ans ou quatorze ans, après avoir subi des blessures,. Lors de ses débuts, il se consacre principalement au cyclo-cross. Dans cette discipline, il devient notamment champion de Grande-Bretagne chez les juniors en 2016.
En 2017, il court pour l'équipe junior de Zappi Racing, en privilégiant désormais les épreuves sur route. Il s'installe dans le même temps à Gérone, sur le territoire catalan. Au niveau international, il se révèle en remportant les classements généraux d'Aubel-Thimister-La Gleize et du Giro di Basilicata. La même année, il s'impose sur deux courses d'un jour en Espagne. Il gagne également une course par étapes disputée sur l'île de Man.
En 2018, le Britannique intègre la Team Wiggins, qui possède une licence continentale. Bon grimpeur, il confirme ses aptitudes en obtenant une victoire sur une étape du Tour de la Vallée d'Aoste. Il termine par ailleurs quatrième du Tour d'Italie espoirs, sixième du Tour de l'Alentejo ou encore septième du Tour Alsace. Avec la sélection nationale britannique, il finit onzième du Tour de l'Avenir. Il devient aussi stagiaire au sein de l'équipe Sky, qui évolue au plus haut niveau. Cette expérience lui permet de participer à ses premières compétitions professionnelles en Italie.
Malgré une année 2019 plus discrète, il passe professionnel en 2020 au sein de la Team Sunweb. Dans une année perturbée par la pandémie de Covid-19, il participe au Tour d'Espagne, son premier grand tour. Échappé à plusieurs reprises, il se classe quatrième de la 11eétape et cinquième de la 17eétape, à l'issue de montées difficiles. En 2021, il découvre les routes du Tour de France. Il finit également neuvième du Tour de Grande-Bretagne.
En septembre 2026, il fait partie de la sélection britannique amenée à disputer la quatre-vingt-treizième édition des championnats du monde de cyclisme sur route organisée du 20 au 27 septembre à Montréal.
2027-: Team Visma | Lease a Bike
En octobre 2026, la presse spécialisée annonce que le coureur britannique vient de signer un contrat avec l'équipe Team Visma | Lease a Bike pour les saisons 2027 et 2028. Il fait donc le choix de quitter la formation Q36.5 Pinarello Pro Cycling Team à la fin de l'année 2026 après avoir été membre de ce collectif pendant quatre ans.
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