Malek Bajbouj studierte Humanmedizin an den Universitäten Mainz, Frankfurt und Zürich. Im Jahr 2000 promovierte er zum Thema der kortikalen Plastizität bei Schlaganfallpatienten. Nach Stationen an der Universität Witten-Herdecke, dem Universitätsklinikum Benjamin Franklin und dem New York State Psychiatric Institute an der Columbia University in New York wird er im Jahr 2004 als Juniorprofessor für Stimulationsverfahren an die Charité berufen. Im Jahr 2006 beendet er die Ausbildung zum Facharzt für Psychiatrie und Psychotherapie. Zwischen 2007 bis 2014 hat er eine Forschungsprofessur am Exzellenzcluster „Languages of Emotion“ der Freien Universität Berlin inne. Dort ist der Mitgründer des neurowissenschaftlichen Forschungsinstituts „Dahlem Institute for Neuroimaging of Emotion“ (DINE), klinischer Direktor und leitet zuletzt die interdisziplinäre Graduiertenschule. Ab März 2009 ist er W2-Professor für Psychiatrie und Affektive Neurowissenschaften an der Charité und übernimmt 2020 die W3-Charité-Professur für Psychiatrie und Affektive Neurowissenschaften. In der Klinik für Psychiatrie und Prychotherapie am Campus Benjamin Franklin etabliert Malek Bajbouj mit Neuromodulation, Schlafmedizin und Eltern-Kind-Einheit sowie Global Mental Health vier wissenschaftliche bzw. klinische Bereiche. Anfang 2023 wird er Direktor für Internationale Angelegenheiten der Charité. Seine wissenschaftlichen Arbeiten und internationalen Tätigkeiten werden mit zahlreichen Auszeichnungen wie dem Else-Kröner-Fresenius-Preis, der Ehrendoktorwürde der Nationalen Iwan-Franko-Universität Lviv, dem Ehrenprofessur der Universität Kharkiv sowie der Ernennung zum Einstein-Professor ausgezeichnet.