Jego pierwszy, większy sukces miał miejsce w 2012 roku. Wówczas zdobył tytuł Mistrza Polski w Time Trial (kategoria U23). W 2013 roku trafił do polskiej grupy zawodowej BDC-Marcpol. Ten rok był dla niego udany, bowiem wygrał mistrzostwa Polski w jeździe parami oraz w wyścigu drużynowym na czas. Z pewnością sukcesem była także druga pozycja w klasyfikacji generalnej w Memoriale Henryka Łasaka. 2014 rok owocował w jeszcze więcej sukcesów. Z pewnością najważniejszymi z nich były zwycięstwa w Tour of China oraz w Memoriale Andrzeja Trochanowskiego. Był także zwycięzcą drugiego etapu Wyścigu Solidarności oraz Olimpijczyków. Drugą lokatę zajął z kolei w Visegrad 4 Bicycle Race Grand Prix Czech Republic. W 2015 roku Kamil Gradek podpisał kontrakt z grupą ActiveJet. Zajął dziesiąte miejsce w klasyfikacji generalnej w jeździe indywidualnej na czas podczas igrzysk europejskich. Wygrał jazdę parami na mistrzostwach Polski oraz zajął drugą lokatę w jeździe indywidualnej na czas i jeździe drużynowej na czas. Był także drugi w wyścigu Rund um Sebnitz. Kolejny rok był ważnym czasem dla tego zawodnika. Podpisał bowiem pierwszy kontrakt na poziomie ProContinental. W tym roku był także drugi na jednym z etapów wyścigu Dookoła Mazowsza. Czytaj także: Michał Kwiatkowski jedną z gwiazd Tour de Pologne 2022 W marcu 2017 roku Kamil Gradek zdecydował się na zmianę barw klubowych na ONE Pro Cycling. To był także udany rok dla polskiego kolarza, bowiem zajął drugą lokatę podczas jednego z etapów Szlakiem Walk Majora Hubala. Przede wszystkim wygrał jednak klasyfikację generalną Ronde van Midden Nederland, a także był pierwszy w jeździe indywidualnej na czas. 2018 rok zaowocował przejściem do polskiej grupy CCC Sprandi Polkowice. Gradek ten rok również mógł uznać za udany. Był trzeci w klasyfikacji generalne Szlakiem Walk Majora Hubala, czy piąty w Dookoła Mazowsza. Zajął także trzecią lokatę podczas etapu w Grodach Piastowskich. W tym roku wygrał także jazdę drużynową na czas w Sibiu Cycling Tour, a także w tej samej konkurencji był dziewiąty na mistrzostwach świata. W kolejnych latach Gradek wygrywał, a także był drugi w jeździe indywidualnej na czas na mistrzostwach Polski, natomiast w 2021 roku został kolarzem włoskiej grupy Vini Zabu. Rok później został wicemistrzem Polski w jeździe indywidualnej na czas oraz zmienił barwy na Bahrain Victorious.