Malykhin vokste opp i den sibirske byen Kemerovo og bygget opp en imponerende brytebakgrunn: Han oppnådde tittelen Master of Sport i fristilbryting, vant bronse i det russiske mesterskapet i tungvekt (2013) og gull i europamesterskapet i submission grappling (2016). Hans profesjonelle MMA-karriere begynte i september 2016 i russiske regionale promotører, der han tok åtte strake seire, alle via knockout eller submission.
I 2020 signerte han med ONE Championship og debuterte 5. mars 2021 med en TKO-seier over Alexandre Machado. Veien til den absolutte toppen gikk lynraskt: 11. februar 2022 vant han den midlertidige tungvektstittelen med en knockoutseier over Kirill Grishenko, 3. desember 2022 erobret han lett tungvektstittelen med en knockoutseier over Reinier de Ridder i første runde, og 23. juni 2023 forente han tungvektstitlene etter en TKO-seier over Arjan Bhullar. 1. mars 2024 skrev han historie ved også å erobre mellomvektstittelen – igjen med en TKO mot De Ridder – og ble dermed den første og hittil eneste utøveren som samtidig hadde tre MMA-verdensmestertitler i forskjellige vektklasser.
9. november 2024 mistet han overraskende tungvektstittelen via en delt dommeravgjørelse mot den senegalesiske utfordreren Oumar “Reug Reug” Kane. Malykhin trente deretter målrettet mot en omkamp og gjenerobret tittelen 15. mai 2026 under ONE Friday Fights 154 på Lumpinee Stadium i Bangkok med en knockout i fjerde runde. Rett etter kampen tok han av seg hansker som tegn på at han la opp, noe organisasjonen bekreftet kort tid etter. Han avsluttet karrieren med en profesjonell merittliste på 15 seire og 1 tap.
Viktig nyanse: Malykhin ble noen ganger omtalt som «double champ» i mediene, men dette viste til at han samtidig innehadde flere MMA-titler, ikke en tittel i en annen idrett. Han var en rendyrket MMA-utøver med brytebakgrunn.