Nachdem Olivier Rochus in der Saison 1999 seine Profikarriere begonnen hatte, gelang ihm 2000 sein internationaler Durchbruch. Er feierte seinen ersten Titelgewinn auf der ATP-Serie im International Series-Turnier von Palermo. Darüber hinaus stand er in Auckland und in Kopenhagen im Finale und wurde zum ATP Newcomer des Jahres gewählt.
Seinen größten Erfolg feierte er allerdings in der Saison 2004. Er besiegte im Finale der French Open an der Seite seines Landsmanns Xavier Malisse das französische Doppel bestehend aus Fabrice Santoro und Michaël Llodra. Sie waren damit die ersten Belgier, die in der Open Era ein Grand-Slam-Finale erreichten.
Mit Malisse gelang ihm 2005 ein weiterer Doppelerfolg in Adelaide. Im gleichen Jahr erreichte er seine bisherige Höchstplatzierung in der Tennis-Weltrangliste mit dem 24. Rang am 17. Oktober.
2006 verbuchte Rochus wieder einen Einzelturnier-Sieg für sich. Er gewann die BMW Open in München, in dem er im ersten rein belgischen Finale auf der ATP-Tour seinen Landsmann Kristof Vliegen mit 6:4, 6:2 schlug.
Erst wieder im Juli 2010 erreichte Rochus ein ATP-Finale. In diesem unterlag er jedoch Mardy Fish in drei Sätzen mit 7:5, 3:6 und 4:6.
Am 22. September gab Rochus seinen Rücktritt vom Profitennis nach dem Challenger Ethias Trophy 2014 in Mons bekannt.[1][2]
Seitdem fungiert er u. a. als Trainer, zum Beispiel von Arthur De Greef.