È considerata, per lo stile di gioco, oltre alle comuni origini afroamericane, l'erede delle sorelle Williams. Ha vinto dodici titoli del circuito maggiore in singolare (diventando la nona tennista più giovane dell'Era Open ad aggiudicarsi un trofeo) e dieci in doppio. A soli 15 anni si è fatta notare per aver raggiunto gli ottavi di finale a Wimbledon 2019 e il terzo turno allo US Open dello stesso anno, diventando in quest'ultima circostanza la più giovane tennista a riuscirci dai tempi di Anna Kurnikova nel 1996.
Nel doppio vanta la posizione numero uno del ranking mondiale, raggiunta il 15 agosto 2022. Nel singolare invece il 10 giugno 2024 si è spinta fino alla posizione numero 2.
Per quanto riguarda i tornei del Grande Slam, si è aggiudicata in singolare lo US Open 2023 e l'Open di Francia 2025, mentre nel 2024 si è aggiudicata le WTA Finals. In doppio ha vinto l’Open di Francia 2024 in coppia con Kateřina Siniaková.
Nel 2023 è stata la sportiva più pagata al mondo, incassando 22,7 milioni di dollari.
Carriera 2017-2018: due titoli Slam Junior A livello Juniores ha riportato ottimi risultati: nel 2017 ha raggiunto la finale degli US Open, divenendo così a tredici anni la più giovane finalista dello Slam newyorkese. Tuttavia, verrà poi surclassata da Amanda Anisimova, la quale le lascerà appena due game. L'anno successivo ha conquistato il titolo del singolare ragazze al Roland Garros, riuscendo ad imporsi in rimonta su Caty McNally (sua compagna di doppio). Sempre nel 2018, vince il titolo del doppio ragazze agli US Open insieme a McNally, sconfiggendo agevolmente le connazionali Hailey Baptiste/Dalayna Hewitt.
Nel circuito Juniores ha un bilancio vittorie-sconfitte di 43-9 in singolare, mentre in doppio 23-11. Inoltre, nel mese di luglio del 2018 ha raggiunto la prima posizione della classifica.
Nel 2018 debutta nel torneo ITF di Osprey, dove archivia la sua prima vittoria nel circuito WTA su Alexandra Perper. Successivamente, riceve una wildcard per disputare le qualificazioni allo US Open, ma viene sconfitta al primo turno da Heather Watson.
2019: ottavi di finale a Wimbledon, primi titoli WTA e Top 100
Apre l'anno con la sconfitta in coppia con Ann Li in finale nel torneo ITF di Midland, poiché vengono superate dalla coppia formata da Vol'ha Havarcova e Valerija Savinych. In seguito, raggiunge la finale in entrambe le specialità: in singolo cede a Sesil Karatančeva, mentre insieme a Paige Hourigan prevale sulla coppia Usue Maitane Arconada/Emina Bektas, vincendo così il suo primo titolo ITF in carriera.
Grazie a una wildcard concessa dagli organizzatori, fa il suo debutto nel circuito WTA nell'ambito del prestigioso Miami Open, dove contestualmente vince anche il suo primo match battendo la connazionale Caty McNally in due set. Al secondo turno cede contro la 14ª testa di serie Dar'ja Kasatkina. Dopo aver disputato una serie di incontri a livello ITF, riceve una wild card per prendere parte alle qualificazioni del Roland Garros, dove viene estromessa nel secondo turno dalla slovena Kaja Juvan.
Il mese seguente, supera tutti e tre i turni di qualificazione del torneo di Wimbledon senza cedere nemmeno un set. In occasione del suo debutto nel tabellone principale in un Grande Slam ha sconfitto la cinque volte campionessa Venus Williams con un doppio 6-4. A 15 anni e 122 giorni Gauff diventa dunque la più giovane tennista a vincere un match in uno Slam dai tempi di Anna Kurnikova. Nei successivi due turni supera rispettivamente Magdaléna Rybáriková in due set e Polona Hercog in un match particolarmente complicato, durante il quale ha dovuto recuperare uno svantaggio di un set e un break e salvare due match point. Approdata dunque agli ottavi di finale, la giovane statunitense è costretta a soccombere alla romena Simona Halep, futura campionessa, che la batte con un doppio 6-3. Grazie all'ottimo risultato ottenuto nel prestigioso Slam londinese, Gauff si prospetta come una delle future stelle del tennis mondiale e perfeziona anche il suo best ranking alla 141ª posizione.
Alcune settimane più tardi, le viene concessa la possibilità di disputare le qualificazioni nel torneo di Washington: tuttavia, dopo averle superate, viene sorpresa al primo turno dalla kazaka Zarina Diyas che si impone sulla giovane statunitense in due comodi set. In doppio, invece, in coppia con Caty Mcnally, si aggiudica il primo titolo WTA della sua carriera, senza perdere nemmeno un set, battendo nell'ultimo atto Fanny Stollár e Maria Sanchez con un perentorio 6-2, 6-2. Si presenta dunque agli US Open, dove riesce a giungere fino al terzo turno con le vittorie su Anastasija Potapova e Tímea Babos, prima di essere sconfitta dalla campionessa in carica Naomi Ōsaka in due set. Al termine di questo match, la nipponica le permetterà di partecipare alla sua intervista post-partita, gesto inusuale ma che verrà ricordato come ammirevole e d'esempio per questo sport.
Ritorna in campo ad ottobre, prendendo parte al torneo di Linz, dove è chiamata a partire dalla qualificazioni: pur venendo sconfitta nell'ultimo turno da Tamara Korpatsch viene ripescata come lucky loser, in seguito all'infortunio della greca Sakkarī. Una volta approdata nel tabellone principale, batte nell'ordine: Stefanie Vögele, Kateryna Kozlova, Kiki Bertens (1ª testa del torneo e n° 8 del mondo), Andrea Petković e, alla sua prima finale in un torneo WTA in singolare, si sbarazza di Jeļena Ostapenko in tre set. Grazie a questa vittoria Gauff entra per la prima volta in carriera nella top 100, piazzandosi alla posizione numero 71 e diventa la nona tennista più giovane di sempre a vincere un torneo.
Pochi giorni dopo, prende parte al torneo di Lussemburgo, ma viene travolta da Anna Blinkova con il punteggio 6-4 6-0 all'esordio, ricevendo così per la prima volta in carriera nel circuito professionistico un bagel.
2020: Top 50 Apre l'anno con la vittoria schiacciante su Viktória Kužmová ad Auckland, per poi venire rimontata da Laura Siegemund. Invece, in coppia con Caty McNally raggiunge la semifinale, dove vengono sconfitte dalle connazionali Asia Muhammad e Taylor Townsend. Si presenta quindi per la prima volta agli Australian Open, dove all'esordio sconfigge per la seconda volta in carriera Venus Williams, per 7–6(5) 6-3, approdando al secondo turno contro Sorana Cîrstea, su cui ha la meglio in rimonta per 4-6 6-3 7-5. Si vendica, poi, sulla testa di serie n. 3 e campionessa in carica Naomi Ōsaka per 6-3 6-4, approdando agli ottavi di finale, dove si arrende invece alla futura campionessa Sofia Kenin per 7–6(5) 3-6 0-6. Nella specialità del doppio, sempre insieme a McNally, raggiunge i quarti di finale, venendo fermata dalle future campionesse Tímea Babos/Kristina Mladenovic.
Ritorna in campo solo ad agosto a causa della pandemia di COVID-19, che ha costretto il mondo del tennis ad uno stop forzato dal 9 marzo al 3 agosto. Disputa il torneo di Lexington, dove si impone su: Caroline Dolehide per 7-5 7-5; Aryna Sabalenka, n° 11 del mondo, per 7–6(4) 4-6 6-4 e Ons Jabeur, testa di serie numero otto, in rimonta per 4-6 6-4 6-1. La semifinale la vede opposta alla connazionale Jennifer Brady, mentre Gauff virtualmente ha già migliorato il suo best ranking di una posizione, salendo al 48º posto della classifica mondiale. Non riuscirà ad accedere alla finale, poiché viene sconfitta in due parziali da Brady, futura campionessa. Si presenta quindi agli US Open 2020, dove però viene sconfitta all'esordio da Anastasija Sevastova.
Gauff comincia la sua stagione sulla terra battuta a Roma: elimina, al primo turno, Ons Jabeur, con lo score di 6-4 6-3. Al secondo turno cede il passo alla spagnola Garbine Muguruza, che supera l'americana per 7-6(3) 3-6 6-3. Coco si presenta poi al Roland Garros, dove gioca nel main draw per la prima volta in carriera. Al primo turno si impone su Johanna Konta, testa di serie numero 9, per 6-3 6-3 mentre al secondo turno viene battuta dalla qualificata Martina Trevisan per 7-5 al terzo. Due settimane più tardi, prende parte alle qualificazioni del nuovo torneo di categoria Premier di Ostrava, lo J&T Banka Ostrava Open, estromettendo agevolmente Jana Čepelová per 6-1 6-0 ed Irina-Camelia Begu con un perentorio 6-4. Nel tabellone principale si impone su Kateřina Siniaková per 7-5 6-4, per poi venire rimontata dalla terza testa di serie Aryna Sabalenka, la quale ha la meglio con il punteggio di 6-1 5-7 6(2)–7. In quest'ultimo match, Gauff si è trovata avanti prima 3-0 e poi 5-2 nel set decisivo, sprecando il vantaggio entrambe le volte. Tuttavia, migliora il suo best ranking di una posizione: 48º posto.
2021: prima semifinale WTA 1000 e primo quarto di finale Slam in singolare; prima finale Slam in doppio Inizia l'anno con una schiacciante vittoria al WTA 500 di Abu Dhabi contro Ulrikke Eikeri, lasciando appena un game alla norvegese. Tuttavia, al secondo turno, cede alla testa di serie n°9 Maria Sakkari per 5-7 2-6, non sfruttando un vantaggio di due break nel primo parziale. Si presenta poi al Gippsland Trophy di Melbourne, dove è testa di serie n°14: al primo turno, vince una partita molto tirata contro Jil Teichmann (6-3 6(6)-7 7-6(5)) mentre, al secondo, perde da Katie Boulter in tre set. Agli Australian Open, batte ancora Teichmann (6-3 6-2) prima di arrendersi a Elina Svitolina, n°5 del mondo (4-6 3-6). Gauff prende parte all'Adelaide International, dove conclude la sua trasferta australiana: passa il tabellone di qualificazione, sconfiggendo Francesca Jones (6-1 6-4) e Kaja Juvan (3-6 7-5 6-3). Nel tabellone principale, riesce a battere Jasmine Paolini (6-4 6(4)-7 6-2), Petra Martić (testa di serie n°6, 5-7 6-3 6-4) e la connazionale Shelby Rogers (2-6 6-4 6-4), approdando così alla sua 3° semifinale WTA. Qui incontra Belinda Bencic, testa di serie numero 2, che la estromette per 7–6(2) 6(4)–7 6-2. A Dubai, Gauff riesce a raggiungere i quarti di finale, grazie ai successi su Alexandrova (7-6(3) 2-6 7-6(8), annullando 2 match-points), Vondrousová (3-6 6-0 6-4) e Martincová (6-4 6-2); tra le ultime 8, viene sconfitta da Jil Teichmann per 3-6 3-6. Nel torneo di Miami viene rimontata all'esordio da Anastasija Sevastova.