Si avvicina al ciclismo su spinta del padre, pedalando prima in mountain bike e proseguendo poi con l'attività su strada[1]. Mette in mostra la sua abilità nelle prove a cronometro già all'età di 16 anni, quando vince il titolo nazionale di specialità ai campionati tedeschi juniores. Nel 2005 si laurea campione del mondo di categoria nella stessa disciplina, mentre l'anno dopo conquista sia il titolo tedesco sia quello mondiale nella categoria Juniores, oltre a varie vittorie in piccole corse riservate alla categoria, che gli permettono di ottenere il secondo posto nella Coppa del Mondo UCI Juniores dietro al danese Niki Ostergaard.
Le prestazioni da Under-23 gli valgono l'ingaggio, a partire dal 2011, nella squadra Professional Continental olandese Skil-Shimano[2]. Kittel, all'esordio nel professionismo, mostra subito di essere un buon velocista[1], vincendo prima una tappa del Tour de Langkawi[3], e poi imponendosi in quattro frazioni della Quatre Jours de Dunkerque[4], nella prima edizione della ProRace Berlin e in una tappa e nella classifica generale del Delta Tour Zeeland[5]. Dopo aver rinnovato il contratto per altre due stagioni con la Skil-Shimano[6], ad agosto ottiene le sue prime vittorie nell'UCI World Tour, vincendo quattro tappe al Tour de Pologne. Sempre nell'agosto del 2011 prende parte alla Vuelta a España, dove fa sua la settima tappa per poi abbandonare la corsa.
Nella primavera 2013, ancorain maglia Argos-Shimano, vince la seconda tappa della Parigi-Nizza, oltre a due frazioni e la classifica generale del Tour de Picardie, e si aggiudica per il secondo anno consecutivo il successo allo Scheldeprijs. Nello stesso anno partecipa per la seconda volta al Tour de France: in quella Grande Boucle vince ben quattro tappe, tra le quali la prima e l'ultima, con arrivo rispettivamente a Bastia e a Parigi sugli Champs-Élysées, e veste anche per un giorno la prestigiosa maglia gialla di leader della classifica generale. In stagione conquista anche, tra le altre, la ProRace Berlin e tre frazioni al Presidential Cycling Tour of Turkey, portando a sedici il bottino di successi stagionali.
Nella stagione 2014 ottiene le prime vittorie dell'anno al Dubai Tour, in febbraio, conquistando tre tappe e la classifica a punti della corsa, mentre ad aprile vince lo Scheldeprijs per il terzo anno consecutivo. Si presenta poi al Giro d'Italia, dove vince la seconda e la terza tappa a Belfast e a Dublino; prima della quarta tappa, da Giovinazzo a Bari, è però costretto al ritiro dalla corsa per febbre[7]. In preparazione al Tour de France fa sua una tappa allo Ster ZLM Tour, nella Grande Boucle si aggiudica quindi in volata la prima, la terza (entrambe in Regno Unito), la quarta e la ventunesima e conclusiva frazione di Parigi, superando atleti del calibro di Peter Sagan, Alexander Kristoff e Arnaud Démare. Nel finale di stagione è sesto alla Vattenfall Cyclassics, partecipa poi al Tour of Britain dove vince la prima e l'ottava tappa davanti a Mark Cavendish. Conclude la stagione con 13 vittorie.
Inizia la stagione 2015 in Australia, vincendo il criterium People's Choice Classic. Tra Tour Down Under e Tour of Qatar non coglie però risultati di rilievo, vittima di un'infezione virale[8]. Costretto a saltare la Tirreno-Adriatico e tutte le classiche di primavera, torna alle corse solo in maggio al Tour de Yorkshire[8]: anche qui già durante la prima tappa è però costretto al ritiro per problemi fisici. Deve rinunciare anche al Tour of California per cercare di ritrovare la condizione migliore. Torna in gara ala World Ports Classic dove mostra una condizione migliore, e alla Rund um Köln, dove si piazza sesto, vincendo però la volata di gruppo. Qualche giorno dopo partecipa allo Ster ZLM Toer, ma è ancora lontano dalla forma ideale e per questo motivo deve rinunciare a partecipare al Tour de France[8]. A inizio agosto vince la prima tappa del Tour de Pologne (oltre alla classifica a punti della corsa): è quella la prima e unica effettiva vittoria stagionale per Kittel, che a fine anno lascia la Giant-Alpecin per trasferirsi al team belga Etixx-Quick Step.
2016-2017: il passaggio alla Etixx/Quick-Step e la cinquina al Tour
Nel 2016 apre la stagione positivamente, aggiudicandosi nell'ordine due tappe e la classifica generale del Dubai Tour, due tappe e la classifica a punti alla Volta ao Algarve, e poi una tappa alla Tre Giorni di La Panne, per la quarta volta in cinque anni lo Scheldeprijs e una tappa al Giro di Romandia. Al Giro d'Italia, in maggio, vince due frazioni consecutive e al termine della seconda, sul traguardo di Arnhem, indossa la maglia rosa, che perderà nella frazione successiva con arrivo a Praia a Mare. Si ritira dalla corsa rosa prima della cronometro individuale del Chianti, adducendo la necessità di un periodo di riposo per puntare ai campionati del mondo di ottobre a Doha[9]. Dopo il Giro conclude terzo ai campionati tedeschi, corre quindi il Tour de France vincendo in volata a Limoges e ottenendo altri due podi di tappa. Nel finale di stagione vince anche il Grand Prix de Fourmies; ai campionati del mondo di Doha vince infine la medaglia d'oro della cronometro a squadre assieme ai compagni della Etixx-Quick Step, dovendosi invece ritirare nella prova in linea[10].
Apre il 2017 con la vittoria di tre tappe e della classifica generale al Dubai Tour, seguite dalla conquista della prima tappa al Tour of California. Arriva al Tour de France con grandi ambizioni, e vince allo sprint la seconda, la sesta, la settima, la decima e l'undicesima tappa. Allo sprint della settima tappa batte al fotofinish il norvegese Edvald Boasson Hagen con uno scarto di alcuni millimetri[11], mentre nella decima ha facilmente regolato il gruppo di contendenti alla vittoria a partire dal secondo piazzato John Degenkolb. Dopo aver battuto Dylan Groenewegen allo sprint ed aver centrato il 'pokerissimo' di vittorie, è ora un serio candidato alla conquista della maglia verde. È costretto al ritiro nel corso della diciassettesima frazione, mentre indossa la maglia verde, a causa dei postumi di una caduta a inizio tappa[12].
2018-2019: le stagioni alla Katusha e il ritiro
Nella stagione 2018 si accasa presso il Team Katusha Alpecin. Dopo qualche gara di assestamento nella Penisola araba, in cui affina gli ingranaggi del suo "treno", torna al successo alla Tirreno-Adriatico imponendosi in volata nella seconda e nella sesta tappa. Dato l'ottimo momento di forma decide quindi di esordire alla Milano-Sanremo, che conclude però lontano dai migliori[13]. Dopo diverse gare senza risultati di rilievo, si piazza terzo nella prima volata al Tour de France; va poi fuori tempo massimo nell'undicesima tappa ed è costretto a lasciare la corsa. Conclude la stagione già in agosto al Deutschland Tour.
Nel febbraio 2019 torna al successo vincendo in volata il Trofeo Palma a Maiorca. Coglie poi il secondo posto alla Clásica de Almería, alle spalle del connazionale Pascal Ackermann, e il terzo nella quinta tappa del neonato UAE Tour. Il 9 maggio la sua squadra, la Katusha, comunica di aver rescisso consensualmente il contratto con Kittel, che dichiara: «Negli ultimi due mesi ho avuto la sensazione di essere esausto. In questo momento non sono in grado di allenarmi e correre al più alto livello»[14][15]. Nell'agosto dello stesso anno annuncia il proprio ritiro dalle corse[16][17].
^abcde(EN) Marcel Kittel, su teamgiantshimano.com, www.teamgiantshimano.com. URL consultato il 18 gennaio 2013 (archiviato dall'url originale il 28 ottobre 2014).
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