Ha ottenuto i migliori risultati in doppio, specialità nella quale ha vinto 17 titoli nel circuito maggiore tra cui spiccano tre tornei del Grande Slam (Wimbledon 2014 e 2018 e US Open 2018), le ATP Finals 2018 e quattro tornei Masters 1000, oltre alla medaglia di bronzo alle Olimpiadi 2016. In doppio misto ha vinto gli US Open 2011 e si è inoltre aggiudicato la medaglia d'oro ai Giochi di Rio del 2016.
Si è distinto anche in singolare conquistando 4 titoli ATP, in particolare nel 2017 vincendo il Masters 1000 di Parigi-Bercy e qualificandosi per le ATP Finals, dove è arrivato in semifinale. I suoi migliori ranking ATP sono stati il 2º in doppio e l'8º in singolare, raggiunti rispettivamente nel settembre 2018 e novembre 2017. Dopo l'infortunio al pollice subito a inizio 2019, il suo rendimento è calato vistosamente, uscendo dalla top 100 del ranking in entrambe le specialità.
Carriera Tornei scolastici e nel circuito juniores ITF Fin da giovane ottiene ottimi risultati, vince per quattro anni consecutivi il titolo di campione scolastico del Kansas, primo a riuscirci dopo Rhain Buth nel 1990, e nelle 80 partite giocate nel quadriennio trascorso alle scuole superiori ottiene solo vittorie perdendo solo un set. Non è molto attivo nel circuito juniores ITF, ottiene comunque grandi risultati negli US Open di categoria raggiungendo la semifinale in doppio nel 2009 e vincendo il torneo di singolare nel 2010, battendo in finale in tre set Denis Kudla. Dato l'esiguo numero di tornei a cui ha partecipato, dopo il trionfo a New York non va oltre il 22º posto nella classifica mondiale, che sarà il suo miglior ranking da juniores. Vince inoltre nel 2010 e 2011 il titolo nazionale USA Under-18 a Kalamazoo.
2009-2010, inizi da professionista e primi titoli ITF Fa il suo esordio tra i professionisti nel circuito ITF nel marzo 2009 e vince il suo primo incontro in ottobre al torneo ITF U.S.A. F25, dove si spinge fino alle semifinali e guadagna i suoi primi 7 punti nel ranking. Il mese successivo vince a 17 anni il suo primo titolo da professionista nel torneo U.S.A. F29, sconfiggendo in finale in 3 set Artem Sitak. Nel febbraio 2010 fa la sua prima apparizione nel circuito maggiore e viene eliminato al primo turno di qualificazione a Delray Beach. Grazie al trionfo in settembre nel torneo juniores degli US Open, a fine mese riceve una wild card per il tabellone principale dei professionisti degli stessi US Open e, al suo debutto nel circuito maggiore, viene eliminato al primo turno in 4 set dal nº 63 ATP Marco Chiudinelli. In novembre vince il suo primo titolo ITF in doppio all'U.S.A. F30.
2011, titolo in doppio misto agli US Open Nel febbraio 2011 torna a competere a Delray Beach, venendo eliminato al primo turno nel main draw di doppio e al secondo turno di qualificazione in singolare. La settimana successiva fa il suo debutto nell'ATP Challenger Tour a Dallas e raggiunge i quarti di finale dopo aver sconfitto la testa di serie nº 3 Björn Phau. Tre settimane dopo gioca per la prima volta in un torneo Masters 1000 a Miami e perde al primo turno sia in singolare che in doppio. A fine agosto ottiene una wild card per il tabellone principale degli US Open 2011, sia in singolare che in doppio e doppio misto. Vince il suo primo incontro del circuito maggiore in singolare superando in quattro set il nº 97 ATP Marc Gicquel, ottenendo la prima vittoria su un top 100, e nel match successivo viene eliminato da Andy Roddick. Nel doppio maschile non supera il primo turno ma vince a sorpresa il titolo nel doppio misto, in coppia con Melanie Oudin; durante il torneo eliminano tra gli altri le teste di serie numero 1 e detentori del titolo Bob Bryan / Liezel Huber e in finale superano la coppia formata da Gisela Dulko ed Eduardo Schwank. In ottobre disputa la sua prima finale Challenger nel torneo di doppio di Sacramento in coppia con Nicholas Monroe e vengono sconfitti in 3 set da Carsten Ball / Chris Guccione.
2012, prima volta ai quarti in un torneo ATP e primo titolo Challenger, top 200 nei ranking di singolare e di doppio Nel febbraio 2012 ottiene una wild-card per il torneo ATP 250 di San Jose e viene eliminato al primo turno da Denis Kudla, mentre raggiunge i quarti in doppio. In luglio vince il suo secondo incontro in singolare in un torneo ATP a Newport e la settimana dopo gli viene assegnata un'altra wild-card per l'Atlanta Open, dove raggiunge per la prima volta i quarti di finale ATP prima di arrendersi a John Isner con il risultato di 7–6(7), 6-4. Agli US Open si spinge fino al terzo turno, dove strappa un set al nº 12 del mondo Nicolás Almagro. In doppio assieme a Steve Johnson si ferma al secondo turno, dopo aver eliminato al primo le teste di serie nº 1 Maks Mirny / Daniel Nestor, risultato che lo fa entrare per la prima volta nella top 200 del ranking di doppio. In ottobre conquista il suo primo trofeo Challenger a Tiburon battendo in finale Miša Zverev per 6-1, 1-6, 7–6(3). Il successo gli fa risalire 55 posizioni in singolare e fissa il suo nuovo miglior ranking alla 165ª, chiudendo la stagione alla 150ª dopo la finale persa nel Challenger di Champaign.
2013, 1 titolo ATP in doppio, 1 titolo Challenger in singolare e top 100 nei ranking Nel gennaio 2013 fa la sua prima esperienza all'Australian Open ed è costretto al ritiro durante il primo incontro di qualificazione. In febbraio gli specialisti del doppio fratelli Bryan devono ricorrere a due tie-break per eliminare Sock e Johnson al primo turno di San Jose. Al primo turno del successivo ATP 500 di Memphis sconfigge per la prima volta un top 20, il nº 14 Milos Raonic, ed esce nei quarti per mano di Feliciano López. Sempre a Memphis disputa la sua prima finale ATP in doppio maschile con James Blake, e nel confronto con i fratelli Bryan raccolgono appena 3 giochi. Il 3 marzo conquista il suo primo titolo ATP vincendo in coppia con lo stesso Blake il torneo di doppio a Delray Beach, grazie alla vittoria su Maks Mirny / Horia Tecău con il punteggio di 6–4, 6–4, risultato che lo porta nella top 100 del ranking. In maggio prende parte per la prima volta al Roland Garros dopo aver superato le qualificazioni senza perdere set; supera al primo turno Guillermo García López e viene eliminato da Tommy Haas. Si ferma al secondo turno anche nel torneo di doppio. Alla sua prima esperienza a Wimbledon viene eliminato al primo turno di qualificazione. In luglio vince il suo secondo Challenger a Winnetka, sconfiggendo in finale Bradley Klahn ed entra nella top 100 in singolare, all'84º posto. Sempre a Winnetka perde la finale in doppio. Tra i risultati di fine stagione spicca il terzo turno raggiunto in singolare agli US Open. Chiude il 2013 a ridosso della top 100 in entrambe le specialità, dopo essere stato 77º in doppio e 78º in singolare.
2014, titoli a Wimbledon e in un torneo ATP e 13º del ranking in doppio, top 50 in singolare Inizia il 2014 al torneo di Auckland dove giunge fino ai quarti e viene sconfitto da Bautista Agut. Supera per la prima volta il primo turno all'Australian Open e perde al secondo da Gaël Monfils. Nella prima parte della stagione si mette in luce anche in doppio in coppia con Ryan Harrison, spingendosi fino alle semifinali a Delray Beach e soprattutto al Masters 1000 di Miami. Il 5 luglio assieme a Vasek Pospisil (una coppia fino ad allora inedita) ottiene un sorprendente successo nel torneo di doppio di Wimbledon, sconfiggendo all'atto finale gli esperti fratelli Bryan per 7-5 al quinto set. Compie un balzo di 68 posti nel ranking salendo in 31ª posizione. Tre settimane dopo vince anche il secondo torneo giocato con Pospisil, sconfiggendo in 3 set nella finale di Atlanta la coppia Steve Johnson / Sam Querrey. Continua a risalire la classifica di doppio e arriva al 13º posto dopo le finali raggiunte in agosto al Masters di Cincinnati e in ottobre a Stoccolma. Progredisce anche in singolare, grazie alle semifinali di Newport e Atlanta e ad altri buoni risultati che gli consentono di chiudere la stagione con il nuovo best ranking al 42º posto. In dicembre si sottopone a un'operazione al muscolo pelvico lacerato.
2015, 3 titoli e top 10 in doppio, primo titolo ATP e top 30 in singolare Rientra in marzo al Masters 1000 di Indian Wells e conquista il titolo in doppio con Pospisil, sconfiggendo in finale Simone Bolelli / Fabio Fognini, risultato che lo proietta nella top 10. I due arrivano in finale anche al successivo Miami Masters e vengono battuti 10-8 al terzo set dai fratelli Bryan. Il 12 aprile 2015 vince il suo primo titolo ATP in singolare agli U.S Men's Clay Court Championships di Houston sconfiggendo in finale Sam Querrey dopo due tiebreak. Con i quarti di finale in doppio al Madrid Masters sale al 6º posto e si conferma con la semifinale agli Internazionali d'Italia. Al Roland Garros raggiunge per la prima volta in singolare il quarto turno di uno Slam battendo nell'ordine Dimitrov, Carreño Busta e Ćorić prima di essere sconfitto in quattro set da Nadal. Con questa prestazione migliora il suo best ranking portandosi al 31º posto ATP. Nel torneo di doppio esce ai quarti. A Wimbledon perde al primo turno da Samuel Groth mentre in doppio non va oltre il terzo turno, perde gran parte dei punti guadagnati con il trionfo dell'anno prima e scende in 18ª posizione.
A Newport si spinge in semifinale e viene sconfitto da Ivo Karlović. Ad Atlanta, dove difende la semifinale del 2014, perde in due set al primo turno contro il qualificato Denis Kudla. A Washington cede nei quarti a Steve Johnson. A Montréal batte al 2º turno Dimitrov e viene eliminato da Novak Đoković: a fine torneo migliora il ranking arrivando al 29º posto. In ottobre torna a vincere un torneo in doppio con Pospisil a Pechino, due settimane dopo conquista con Monroe il titolo al 250 di Stoccolma, dove viene sconfitto nella finale del singolare da Tomáš Berdych. Il 31 ottobre disputa la semifinale di Basilea contro il padrone di casa Roger Federer, perde in due set ma a fine torneo raggiunge la 25ª posizione nella classifica ATP. Conclude la stagione con la finale insieme a Pospisil al Masters 1000 di Parigi-Bercy, persa per 10-5 nel set decisivo contro Ivan Dodig / Marcelo Melo.
2016, medaglia d'oro e di bronzo olimpica, 2 titoli ATP in doppio Raggiunge la finale a Auckland nel suo primo torneo stagionale, dopo aver sconfitto in semifinale il nº 8 del mondo David Ferrer; è costretto al ritiro nel match per il titolo, che stava perdendo 1-6, 0-1 contro Roberto Bautista Agut. A fine torneo sale al 22º posto del ranking. Nel doppio dell'Australian Open viene eliminato nei quarti in coppia con Pospisil. All'Indian Wells Masters i due perdono la finale contro Pierre-Hugues Herbert / Nicolas Mahut. In aprile perde in 3 set la finale di Houston contro Juan Mónaco. Non supera il terzo turno in singolare nei Masters di Madrid e Roma e negli Slam del Roland Garros e Wimbledon; a Roma Sock e Pospisil vengono sconfitti in finale del torneo di doppio dai fratelli Bryan. In luglio batte Marin Čilić nel primo singolare dei quarti di Coppa Davis contro la Croazia e perde l'incontro decisivo contro Borna Ćorić, che decreta l'eliminazione per 3-2 degli Stati Uniti.
Il 14 agosto diventa campione olimpico ai Giochi di Rio nel doppio misto in coppia con Bethanie Mattek-Sands, sconfiggendo in finale Venus Williams / Rajeev Ram con il punteggio di 6-7, 6-1, [10-7]. Nel doppio maschile gioca con Steve Johnson e cedono in semifinale a Florin Mergea / Horia Tecău, si aggiudicano quindi il bronzo superando nella finalina Daniel Nestor / Vasek Pospisil. Nel torneo olimpico di singolare viene eliminato al primo turno.