Воспитанник школы уфимского «Салавата Юлаева», за который начал выступать на юношеском уровне на первенстве России Региона — Урал-Западная Сибирь.
В сезоне 2018/2019 дебютировал на профессиональном уровне, на уровне МХЛ, в составе молодёжной команды «Толпар». В сезоне 2019/2020 впервые попал в обойму основной команды «Салавата Юлаева» и дебютировал в КХЛ 3 сентября 2019 года, в гостевом матче против китайского клуба «Куньлунь Ред Стар»[2]. 1 октября 2019 года, в домашнем матче против нижегородского «Торпедо» отметился результативной передачей, таким образом заработав своё первое персональное очко в лиге. Всего, в регулярном сезоне 2019/2020 провёл 27 матчей за основную команду, а также отыграл 2 матча в плей-офф. Также хоккеист дебютировал и на уровне ВХЛ, в составе аффилированного клуба — нефтекамского «Тороса». В сезоне 2020/2021, 5 сентября 2020 года, в гостевом матче против череповецкой «Северстали», в возрасте 18 лет 7 месяцев и 6 дней, забросил свою первую шайбу в лиге, тем самым став рекордсменом «Салавата Юлаева», как самый молодой хоккеист забросивший шайбу на уровне КХЛ. Также, Шакир Мухамадуллин, стал первым хоккеистом 2002 года рождения в лиге, которому удалось отличиться голом в официальном матче[3].
Зимой 2021 года подписал трёхлетний контракт новичка с клубом НХЛ «Нью-Джерси Девилз», который выбрал хоккеиста на драфте НХЛ в 2020 году. Продолжил играть в КХЛ за «Салават Юлаев» на правах аренды до конца сезона 2021/2022[4]. В мае 2022 года Мухамадуллин дебютировал в системе «Девилз» за аффилированный клуб «Ютика Кометс» в плей-офф АХЛ[5]. Сезон 2022/23 начал в «Салавате Юлаеве» на правах аренды. После окончания сезона 2022/2023 Мухамадуллин отправился в расположение «Сан-Хосе Шаркс», после чего был отправлен в фарм клуб АХЛ «Сан-Хосе Барракуда». 28 января 2024 года дебютировал в НХЛ[6].
В 2018 году впервые был вызван в юниорскую сборной России и принял участие в международных турнирах, которые проходили в чешском городе Пршеров и шведском городе Умео. Принимал участие в Мировом кубке вызова, проходившем в канадском Сент-Джоне с 3 ноября по 11 ноября 2018 года. В декабре 2018 года принял участие в «турнире 4 наций», проходившем в американском городе Плимут и завоевал со сборной золотые медали.
В 2019 году выступал на Европейском юношеском олимпийском фестивале, который проходил в боснийском городе Сараево с 9 февраля по 16 февраля. В составе юниорской сборной поехал на чемпионата мира, который проходил с 18 по 28 апреля 2019 года в шведских городах Эрншёльдсвик и Умео, став серебряным призёром соревнований. С 5 по 10 августа принял участие в победном для юниорской сборной мемориале Глинки/Грецки, проходившем в чешском городе Бржецлав и словацком городе Пьештяни. C 7 по 15 декабря принял участие на турнире World Junior A Challenge, проходившем в канадских городах Форт-Сент-Джон и Досон-Крик, завоевав со сборной золотые медали.