Nach dem Gewinn der Junioren-Weltmeisterschaften 1989 und 1990 nahm Mühlegg an den Olympischen Winterspielen1992 in Albertville, 1994 in Lillehammer und 1998 in Nagano teil. 1993 begann ein Streit mit dem damaligen Bundestrainer Georg Zipfel: Mühlegg warf diesem indirekt vor, seine Getränke zu „besprechen“. Mühlegg suchte Hilfe bei Justina Agostinho, einer gebürtigen Portugiesin mit deutscher Staatsbürgerschaft.[1] Agostinho glaubte in sich „den inkarnierten Geist des Ewigen Vaters“, der durch sie zu Mühlegg spreche. Dieser habe ihr mitgeteilt, Mühlegg sei von Zipfel verflucht. Sie weihte für Mühlegg Wasser, das der Sportler regelmäßig trank. Mühlegg führte auf Reisen stets eine Ration dieses Wassers mit. In der Folge beschuldigte Mühlegg Zipfel des Spiritismus, was zur Suspendierung von Mühlegg für die Weltmeisterschaft 1995 in Thunder Bay vom Deutschen Skiverband führte.[2] 1998 wurde er aus dem Team ausgeschlossen und startete in der Folge für den Spanischen Skiverband FEDI, für den er den Gesamt-Weltcup gewann. Bei den Weltmeisterschaften in Lahti im Februar 2001 errang er neben einer Silbermedaille (durch Nachrücken nach einer Disqualifikation) im 20-km-Verfolgungsrennen auch Gold im 50-km-Freistil.
Dopingfall 2002 in Salt Lake City
Bei den Olympischen Winterspielen 2002 in Salt Lake City gewann der für Spanien startende Mühlegg zunächst zwei Goldmedaillen in den Disziplinen 30-km-Freistil und 10-km-Verfolgung, wofür er die Glückwünsche des spanischen Königs Juan Carlos entgegennahm. Kurz darauf siegte er auch im klassischen 50-km-Lauf; in einer vorangegangenen Dopingkontrolle wurde in seinem Blut in der A-Probe das EPO-DerivatDarbepoetin alpha nachgewiesen – Mühlegg musste zunächst nur die Goldmedaille für den 50-km-Lauf zurückgeben. Da aber die NOKs von Kanada und Norwegen vor dem Internationalen Sportsgerichtshof (CAS) in Lausanne Einspruch gegen die Entscheidung des IOC einlegten, wurden Mühlegg daraufhin auch die zuvor erhaltenen beiden Goldmedaillen aberkannt.[3] Der CAS unter dem Vorsitz von Thomas Bach bestätigte das Urteil.
Mühlegg wurde von der FIS für zwei Jahre bis zum 20. Februar 2004 gesperrt. Kurz vor Ablauf dieser Sperre gab er seinen Rücktritt vom Leistungssport bekannt. Seine Sicht der Dinge stellte Mühlegg in einer 2004 erschienenen Autobiographie dar. 2014 lebte er als Immobilienhändler im brasilianischen Natal.[4]