Vrchol jeho juniorské kariéry přišel na 2012 US Open když se spojil s australským kolegou Nick Kyrgios do finále čtyřhry. Thompson dosáhl v kombinovaném světovém žebříčku v říjnu 2012 nejvyššího čísla 18 a vytvořil rekord v výhře / prohře dvouhry 82–38.
Thompson se poté kvalifikoval a udělal druhé kolo soutěže 2013 Burnie International ztrácí na třetí semeno John Millman. Po zbytek roku hrál hlavně v Futures, kde se dostal do tří finále. Získal 2 tituly, Austria F5 ITF, Alice Springs F8 ITF a byl vicemistrem Sydney F9 ITF.[5] Thompson později debutoval na grandslamovém turnaji Australian Open 2014 po vítězství v zástupné play-off proti Benjamin Mitchell. Skončil rok 2013 s hodnocením ATP 320.
2014: Grandslamový debut
Thompson zahájil rok 2014 na 2014 Brisbane International v kvalifikaci, kde prohrál v prvním kole proti Tatsuma Ito. Thompson pak soutěžil na 2014 AAMI Classic kde nahradil Lleyton Hewitt v losování.[6] Jeho první zápas byl proti světové číslo 9 Richard Gasquet. Málem způsobil obrovské rozrušení, když ve třetím setu podával na zápas 5: 3. A v další hře měl na podání Gasqueta dva mečbody. Poslední set však prohrál v tajbrejku o sedm bodů na čtyři.[7]
Prohrál svůj druhý zápas Michail Youzhny ve dvou setech. Thompson skončil na sedmém místě poté, co rozrušil světové číslo 42 Juan Mónaco. To bylo Thompsonovo první vítězství nad 50 nejlepšími hráči.[8] Thompson prohrál v 5 setech se světovou jedničkou 21 Jerzy Janowicz v prvním kole Australian Open 2014 6–1, 6–4, 4–6, 2–6, 1–6. Dne 21. Ledna bylo Thompson vyhlášeno Australan četa 2014 Davis Cup jako záložní hráč.[9]
V květnu se Thompson dostal do semifinále China International Challenger, což zvýšilo jeho umístění na maximum 277 v kariéře. V srpnu absolvoval Thompson své první finále Challenger, ale podlehl Hyeon Chung v Bangkok. To dále zvýšilo jeho pořadí na 219. Od září do listopadu se Thompson zúčastnil osmi turnajů challengerů po celé Číně, USA, Austrálii a Japonsku, přičemž jeho nejlepším výsledkem bylo druhé kolo. V prosinci Thompson vyhrál Zástupný znak Australian Open play off znovu, získávat jej vstup do 2015 Australian Open.
2015: 200 nejlepších
Thompson získal divokou kartu do 2015 Australian Open ale prohrál v 1. kole až João Sousa ve dvou setech. Poté hrál v Hong Kong Challenger a Burnie Challenger ale prohrál v kole na obou. V únoru se Thompson dostal do semifinále Launceston Challenger před hraním na akcích Challenger v Japonsku a Číně, kde jeho výkon byl 2. kolo. Thompson vyhrál svůj první titul ve čtyřhře Challenger s Ben Mitchell v Shimadzu Challenger. V březnu se Thompson vrátil do Austrálie, kde získal titul F4 ITF. V květnu Thompson prohrál v 1. kole kvalifikace na 2015 French Open před dosažením semifinále rumunské F4. V červnu se Thompson změnil na trávu, kde podlehl v prvním kole Manchester Challenger a v kvalifikaci na 2015 Topshelf Open a Ilkley Challenger. Dne 24. srpna se prolomil mezi 200 nejlepších na světě s hodnocením 193. V říjnu Thompson postoupil do finále Ho Či Minovo Město a Traralgon Vyzyvatelé, což dále zvyšuje jeho hodnocení. Rok zakončil hodnocením 154.
Dne 1. května získal Thompson největší titul ve své kariéře na $ 100 000 2016 Kunming Otevřeno, což poprvé v jeho kariéře zvýšilo jeho umístění v první stovce.[12]
Thompson získal divokou kartu do French Open, kde vyhrál svůj první main draw grandslamový zápas proti Laslo Đere. Ve druhém kole hrál Thompson 27. semeno Ivo Karlovic, ztrácí 7–6(7–2), 3–6, 6–7(3–7), 7–6(7–4), 10–12 za čtyři a půlhodinový zápas.[13] V Wimbledon, Thompson prohrál s 14. osivem Roberto Bautista Agut ve dvou setech. Na Letní olympijské hry 2016, Thompson prohrál v 1. kole s Kyle Edmund. Na US Open, Thompson prohrál Steve Darcis v 1. kole, navzdory tomu, že vedl 2 sady k lásce a měl 2 mečbody. Po zápase Thompson řekl: „Cítil jsem, že jsem se nechal ležet na zemi a nechal ostatní lidi ležet.[14] V říjnu Thompson vyhrál svůj třetí a čtvrtý titul Challenger roku v roce Vietnam a Traralgon. Thompson zakončil rok s hodnocením 79.
2017: První ATP World Tour dvouhry čtvrtfinále a čtyřhře
Zadání Queen's Club Championships kreslit jako šťastný poražený, Thompson nečekaně porazil světovou jedničku Andy Murray 7–6(7–4), 6–2 v prvním kole. Vítězství bylo Thompsonovým prvním hráčem v první desítce, jeho prvním vítězstvím na trávníku na turnaji ATP World Tour a stal se prvním australským hráčem, který porazil Murrayho v zápase dvouhry na úrovni ATP.[17] Thompson prohrál ve druhém kole s Sam Querrey. V Wimbledon, Thompson prohrál v 1. kole s Albert Ramos Viñolas. V červenci dosáhl finále Levene Gouldin a Thompson Tennis Challenger. V srpnu se Thompson dostal do dvou bodů od porážky eventuálního šampiona a světové osmičky Alexander Zverev na Citi Open[18] před provedením finále Vancouver Challenger. Na US Open Thompson porazil 13. semeno Jack Sock[19] než spadl na Thomas Fabbiano ve druhém kole. V říjnu se Thompson kvalifikoval pro Šanghajští mistři ale prohrál s Diego Schwartzman v 1. kole Thompson skončil rok 2017 s hodnocením 94 ve dvouhře a 88 ve čtyřhře.
(W) vyhrál; (F) finalista; (SF) semifinalista; (QF) čtvrtfinalista; (#R) kola 4, 3, 2, 1; (RR) fáze každého s každým; (Q #) kvalifikační kolo; (A) chybí; (P) odloženo; (Z #) zonální skupina Davis / Fed Cup (s uvedením čísla) nebo (PO) play-off; (G) zlatá, (F-S) stříbrná nebo (SF-B) bronzová olympijská medaile; a (NMS) snížený turnaj Masters Series / 1000; (NH) nedrží. SR = rychlost stávky (vyhrané / soutěžené události)
Aby nedocházelo k nejasnostem a dvojímu započítávání, jsou tyto tabulky aktualizovány na konci turnaje nebo po ukončení hráčovy účasti.