Dopo aver svolto l'internato di medicina presso il reparto di medicina interna, ematologia e oncologia dell'ospedale universitario di Colonia, Sahin decise di seguire il suo ex supervisore durante gli anni del dottorato, il dottor Michael Pfreundschuh, all'ospedale dell'Università del Saarland, a Homburg, dove lavorò, tra le altre cose, sul metodo Serex, un metodo che si basa sull'identificazione di antigeni tumorali in modo specifico dagli anticorpi del siero dei pazienti eziologici, e dove rimase per sette anni ottenendo, nel 1999, l'abilitazione in medicina molecolare e in immunologia. Nel 2000 e nel 2001 ha prestato servizio presso l'Ospedale universitario di Zurigo, dove ha lavorato con Rolf Zinkernagel e Hans Hengartner, entrambi i quali sarebbero poi diventati membri del comitato consultivo scientifico di BioNTech. Nel 2001, poi, si è unito allo staff dell'ospedale dell'Università Johannes Gutenberg di Magonza, divenendo professore associato di oncologia sperimentale nella stessa università nel 2006.