Laureato in medicina e chirurgia, è specialista in Neurologia e Dottore di Ricerca in Scienze Neurologiche. Nell’Università di Pavia è Professore Ordinario di Storia della Medicina, Presidente del Sistema Museale di Ateneo e Direttore del Museo Kosmos di Storia Naturale. Mazzarello è membro dell’Istituto Lombardo - Accademia di Scienze e Lettere - dal 2007 e dell’Academia Europaea dal 2010. Dirige la rivista “Confinia Caphalalgica et Neurologica” ed è responsabile scientifico dei “Rendiconti dell’Istituto Lombardo (Classe di Lettere, Scienze Morali e Storiche)”. Fa parte del comitato editoriale delle riviste: Journal of the History of the Neurosciences, Italian Journal of Anatomy, Functional Neurology, Annali di Storia delle Università Italiane, Medicina nei Secoli. Ha pubblicato circa 250 articoli su riviste scientifiche nazionali e internazionali (tra le quali Nature, Lancet, Nature Cell Biology, Nature Molecular and Cell Biology, Brain, Nuncius, Isis, Endeavour, Athenaeum, Studies in History and Philosophy of Biological and Biomedical Sciences, Le Scienze). 
Mazzarello ha pubblicato il romanzo “Il mulino di Leibniz” (Neri Pozza 2022) sui misteri della coscienza e i saggi storico-scientifici: “Storia avventurosa della Medicina” (Neri Pozza 2023); “L’intrigo Spallanzani” (Bollati Boringhieri 2021); “Il genio e l’alienista. La strana visita di Lombroso a Tolstoj” (Bollati Boringhieri 2005; 2017); “Il Nobel dimenticato. La vita e la scienza di Camillo Golgi” (Bollati Boringhieri 2006; 2019); “Il professore e la cantante. La grande storia d’amore di Alessandro Volta” (Bollati Boringhieri 2009, Bompiani 2020); “L’erba della regina. Storia di un decotto miracoloso” (Bollati Boringhieri 2013); “E si salvò anche la madre. L’evento che rivoluzionò il parto cesareo” (Bollati Boringhieri 2015); “L’elefante di Napoleone” (Bompiani 2017); “L’inferno sulla vetta” (Bompiani 2019); Ombre nella mente. Lombroso e lo scapigliato (con Maria Antonietta Grignani; Bollati Boringhieri 2020). Per la Oxford University Press ha pubblicato “The Hidden Structure. A Scientific Biography of Camillo Golgi (1999) e “Golgi. A Biography of the Founder of Modern Neurosciences”.