Sa première expérience de cyclisme sur longue distance et d'exploration à vélo remonte à 2011 alors qu'il réalise une expédition de dix jours et 1 200 km à travers l'Europe centrale (Slovaquie, Ukraine, Roumanie, Moldavie)[1]. En 2012, il traverse de nouveau l'Europe centrale en dix jours (Roumanie, Bulgarie, Serbie, Macédoine et Albanie), puis les montagnes de l'Atlas marocain en 2013 et la France en 2014[2].
Les deux coéquipiers battent le précédent record détenu depuis 2009 par l'Écossais Scott Napier en 58 jours[8], en réalisant la traversée en 49 jours, 23 heures et 43 minutes[9].
En août 2018, il grimpe à vélo l'une des pistes les plus hautes du monde à 5 800 m d'altitude sur les pentes du volcan jumeau Uturuncu au cœur de la région du Sud Lipez bolivien[10].
En juillet 2019, accompagné du recordman allemand Jonas Deichmann, il parcourt à vélo[11] les 1 900 km de pistes entre la vallée des Incas et la Sierra Blanca au Pérou en 16 jours. Ils traversent des tronçons de piste du Qhapaq ñan (réseau de chemins incas) en suivant un itinéraire surnommé « Peruvian Great Divide »[12] composé de trente-cinq cols à plus de 4 000 m d'altitude dont trois cols plus hauts que le Mont Blanc.
En , Axel Carion accompagné de plusieurs ultracyclistes (Anthony Duriani, Xavier Massart, Romain Level et Fabian Burri) établit le premier record de la traversée de l'île de Beauté en suivant l'itinéraire homologué par l'agence de tourisme corse : la GT20. Ce parcours relie Bastia à Bonifacio en passant par le Cap Corse, le désert des Agriates, la Balagne et le parc naturel régional de Corse. L'équipe parcourt 592 kilomètres et 11 000 mètres de dénivelé et atteint Bonifacio en 35 h 32 minutes[13],[14].
