W dramacie biograficznym Papillon. Motylek (Papillon, 2017), opartym na autentycznych wydarzeniach zawartych w autobiograficznej książce Henriego Charrière’a, zagrał Louisa Dego, przyjaciela współwięźnia (Charlie Hunnam) „zielonego piekła” kolonii karnej na Wyspie Diabelskiej w Gujanie Francuskiej. Choć był jednym z 3 tys. aktorów, którzy wzięli udział w przesłuchaniu do roli młodego Hana Solo w filmie Han Solo: Gwiezdne wojny – historie, dramat surrealistyczny Buster’s Mal Heart (2016) był pierwszym filmem, w którym Malek zagrał główną rolę jako Jonás „Jonah” Cueyatl, hotelowy konsjerż zamieniający się w człowieka gór, który zyskał przydomek Buster. Premiera odbyła się we wrześniu 2016 na Międzynarodowym Festiwalu Filmowym w Toronto, a film miał pozytywne recenzje.
W 2018 premierę miał biograficzny film Bohemian Rhapsody, opowiadający historię brytyjskiego zespołu rockowego Queen, w którym Malek wcielił się w postać frontmana tej grupy, Freddiego Mercury’ego. Początkowo głównym kandydatem do zagrania tej roli był Sacha Baron Cohen, który odrzucił propozycję ze względu na różnice artystyczne. Aby właściwie przygotować się do roli, Malek przeniósł się do Londynu, gdzie pobierał lekcje śpiewu, uczył się grać na fortepianie, szczegółowo analizował ruchy i sposób mówienia Freddiego Mercury’ego.