Alexander Gustafsson började träna mma 2006, och innan dess tränade han i boxning som han började när han var omkring 10 år gammal. Han vann National championship (Ungdom-junior nivå) i 2003, vid 16 års ålder. Under 2008-2009 gjorde han en snabb återgång till boxning, vann några amatörturneringar i Sverige och besegrade den svenska tungviktsboxningsmästaren i en amatörkamp., Han var inställd på att tävla i det nationella mästerskapet även det följande året, 2010, för vilket han var en stor favorit att vinna. Men hans nyväckta boxningskarriär slutade när han skrev på med UFC i September 2009.
Han gjorde sin UFC-debut mot Jared Hamman den 14 November 2009 på UFC 105. Gustafsson släppte Hamman med en rak högerslag och vann matchen via KO klockan 0: 41 i första omgången. Efter en väg som bestod av mestadels segrar Gustafsson fick en titel skott och mötte UFC lätt tungviktsmästare Jon Jones den 21 September 2013 i Main event på UFC 165.,
trots att man tittade på som en stor underdog som kom in i denna kamp utmanade Gustafsson Jones till skillnad från någon tidigare utmanare och tog mästaren för första gången i sin karriär. Gustafsson förlorade slutligen ett något nära enhälligt och kontroversiellt beslut. Efter matchen, innan han skickades till sjukhus, sa Jones att Gustafsson hade gett honom den svåraste kampen i sin karriär. Sedan dess har Gustafsson mött meriterade fighters som Manuwa, Johnson och Cormier, vilket tjänar sin rättmätiga plats i de högsta ledningarna av lätt tungviktsdivisionen.