W 1989 otrzymał stypendium w Thomas Jefferson University w Filadelfii i wyjechał do Stanów Zjednoczonych. Powrócił do kraju w 1993 roku i został kierownikiem Kliniki Onkologii Centralnego Szpitala Klinicznego WAM w Warszawie, którą kierował do 31 października 2017 roku. Obecnie jest ordynatorem Oddziału Onkologii Klinicznej i Chemioterapii w Europejskim Centrum Zdrowia w Otwocku.
Cezary Szczylik jest członkiem między innymi Komisji Biologii Nowotworów PAN, Polskiego Towarzystwa Onkologicznego, Polskiego Towarzystwa Hematologii i Transfuzjologii. Jest założycielem oraz prezydentem Fundacji Onkologii Doświadczalnej i Klinicznej, współtwórcą Studium Medycyny Molekularnej. Profesor jest także członkiem Rady Naukowej Fundacji barona Leopolda Kronenberga oraz członkiem Rady Programowej Fundacji Jolanty Kwaśniewskiej Porozumienie bez barier. W 1990 roku jego nazwisko pojawiło się w Science, gdzie z innymi wykazał, że istnieje możliwość hamowania wzrostu białaczki, gdy wyłączy się część genów odpowiedzialnych za postęp choroby. Artykuły profesora zostały także opublikowane w Journal of Experimental Medicine. W jego dorobku znajduje się ponad 150 prac naukowych.