Mazzoleni startet proffkarrieren i 1996 i laget Saeco. I 2000 syklet han for Polti, de neste to årene for Tacconi-Vini Caldirola, og i 2003–2004 igjen for Saeco. I 2005 var han i Lampre-Caffita, og i 2006 syklet han for T-Mobile Team. Første del av 2007-sesongen syklet han for Astana Team. 16. juli bestemte han seg for å legge opp etter å ha vært suspedert fra laget etter en dopingsak .