Jens-Erik Madsen begann seine internationale Straßenkarriere 2004 bei dem dänischen Radsportteam Glud &amp; Marstrand. Beim &lt;a href="Bahnrad-Weltcup%202006/07"&gt;Bahnrad-Weltcup 2006/07&lt;/a&gt; in Sydney und in Los Angeles wurde er mit der dänischen Nationalmannschaft Zweiter in der Mannschaftsverfolgung. Im März 2007 belegte er mit dem dänischen Bahn-Vierer den dritten Platz bei den Bahnradsport-Weltmeisterschaften in Palma de Mallorca. Nach 14 Jahren (WM-Bronze 1993) gewann eine dänische Mannschaft wieder eine Medaille bei Weltmeisterschaften in dieser Königsdisziplin des Radsports. Im März 2008 gewann der dänische Bahn-Vierer mit Madsen die Silber-Medaille bei den Bahnradsport-Weltmeisterschaften in Manchester, nachdem sie in der Qualifikation mit 3:57,734 eine neue Weltbestzeit gefahren haben, die drittbeste Zeit überhaupt. Wenige Monate später errang das dänische Team mit Madsen bei den Olympischen Sommerspielen in Peking die Silbermedaille in der Mannschaftsverfolgung, gemeinsam mit Alex Rasmussen, Michael Mørkøv und Casper Jørgensen. 2009 gewann er die nationale Meisterschaft im 1000-Meter-Zeitfahren.