Stosur ble profesjonell tennisspiller i 1999 og har hittil vunnet 17 doubleturneringer. Som singlespiller er hennes høyeste plassering nummer 27 på rankingen og som doublespiller var hun i februar 2006 ranket som verdensener. Hun har vunnet to Grand Slam-turneringer i double, US Open i 2005 og French Open i 2006, begge gangene sammen med Lisa Raymond fra USA. Hun nådde sin første Grand Slam-semifinale i singel under French Open 2009 og hun vant sin første Grand Slam-tittel i singel i US Open 2011. Hun vant finalen over Serena Williams med settsifrene 6-2, 6-3.