Han var en kort periode amanuensis/ prosektor i patologi ved NVH. Fylling-Jensen har hatt lederstillinger i Dynal AS, Medlab/Dr. Fürst medisinsk laboratorium, Alpharma Fine Chemicals og Fjord Seafoods ASA. Siden 2005 har han vært administrerende direktør ved Matforsk, som i 2008 ble fusjonert inn i matforskningsinstituttet Nofima AS. Han var administrerende direktør i Nofima fra 2009 til 2023.