Mertens debuteerde in 2010 op het ITF-toernooi van Torhout (België). Zij stond in 2013 voor het eerst in een finale, op het ITF-toernooi van Sharm-el-Sheikh (Egypte) – hier veroverde zij haar eerste titel, door de Spaanse Arabela Fernández Rabener te verslaan. In totaal won zij elf ITF-titels, de meest recente in 2016 in Atlanta (VS).
In 2015 speelde Mertens voor het eerst op een WTA-hoofdtoernooi, op het toernooi van Taipei. Zij bereikte er de tweede ronde. In 2016 speelde zij voor het eerst op een grandslamtoernooi, op het US Open – zij verloor haar openingspartij van de als derde geplaatste Garbiñe Muguruza.
In januari 2017 won zij haar eerste WTA-titel, op het toernooi van Hobart. In 2018 verlengde zij haar titel door het toernooi opnieuw te winnen.
Op haar eerste deelname op het Australian Open in 2018 bereikte zij meteen de halve finale waarin zij verloor van de Deense nummer 2 van de wereld Caroline Wozniacki. Onderweg naar de halve finale klopte zij onder andere de nummer vier van de wereld Elina Svitolina. Zij was de eerste Belgische sinds Kim Clijsters die een halve finale speelde op het Australian Open.
Daarna voerde Mertens enkele wissels uit binnen haar coachingteam. Dit loonde want in april slaagde zij erin haar derde WTA-titel te veroveren op het WTA-toernooi van Lugano in Zwitserland. Door deze overwinning bereikte zij ook haar hoogste notering op de WTA-ranglijst tot dan toe, de zeventiende plaats. Op 6 mei 2018 won zij haar vierde WTA-titel, op het toernooi van Rabat, waarmee zij steeg naar de zestiende plaats.
Bij haar tweede deelname aan Roland Garros (in 2018) was zij voor het eerst een reekshoofd op een grandslamtoernooi (het 16e). Zij wist de vierde ronde te bereiken – daarin stuitte zij op een te sterke nummer één van de wereld, Simona Halep. Niettemin steeg zij weer een plaatsje op de wereldranglijst: vijftiende. In november bereikte zij haar hoogste positie: de twaalfde plaats.
In 2019 won Mertens haar vijfde WTA-titel, op het WTA-toernooi van Doha – in de finale nam zij revanche op het eerste reekshoofd Simona Halep, nu het nummer drie van de wereld.
In 2020 bereikte Mertens twee WTA-finales – in Praag was Halep nu weer de sterkste; in Linz verloor Mertens van haar dubbelspelmaatje Aryna Sabalenka.
Mertens debuteerde in 2010 op het ITF-toernooi van Torhout (België), samen met landgenote Elke Lemmens. Zij stond in 2013 voor het eerst in een finale, op het ITF-toernooi van Sharm-el-Sheikh (Egypte), samen met landgenote Justine De Sutter – hier veroverde zij haar eerste titel, door het duo Alina Michejeva en Jillian O'Neill te verslaan. In totaal won zij dertien ITF-titels, de meest recente in 2016 in Tampico (Mexico).
In 2015 speelde Mertens voor het eerst op een WTA-hoofdtoernooi, op het toernooi van Bogota, samen met de Sloveense Nastja Kolar. Zij stond in 2015 voor het eerst in een WTA-finale, op het toernooi van Taipei, samen met de Russin Marina Melnikova – zij verloren van het Japanse koppel Kanae Hisami en Kotomi Takahata. In 2016 veroverde Mertens haar eerste WTA-titel, op het toernooi van Auckland, samen met landgenote An-Sophie Mestach, door het koppel Danka Kovinić en Barbora Strýcová te verslaan. Later dat jaar speelde Mertens voor het eerst op een grandslamtoernooi, op Wimbledon, weer met Mestach aan haar zijde – zij bereikten er de tweede ronde. Tot op heden(juni 2024) won zij 22 WTA-titels, de tweede eveneens in 2016 in Limoges, samen met de Luxemburgse Mandy Minella, en de derde in 2017 in Guangzhou samen met de Nederlandse Demi Schuurs; de vierde in Hobart in 2018 opnieuw aan de zijde van Schuurs. In april van datzelfde jaar volgde een vijfde titel in Lugano aan de zijde van landgenote Kirsten Flipkens. In juni volgde de zesde in Rosmalen en in oktober de zevende in Wuhan, die laatste twee aan de zijde van Schuurs.
Voor het tennisseizoen 2019 besloten Schuurs en Mertens hun samenwerking stop te zetten omdat Mertens zich meer wilde gaan concentreren op het enkelspel. Desondanks dubbelt Mertens nog steeds op grotere toernooien, tot voor kort vooral aan de zijde van Wit-Russin Aryna Sabalenka – op het Australian Open bereikte het duo de derde ronde. In maart bleef het duo tien wedstrijden ongeslagen en wonnen zij achtereenvolgens de Premier Mandatory-toernooien van Indian Wells en Miami, een combinatie die de Sunshine Double wordt genoemd. Op Roland Garros wist het duo de halve finales te bereiken; beide speelsters geraakten in het dubbelspel nog nooit zo ver in een grandslamtoernooi. Dankzij deze prestatie bereikte Mertens op de WTA-ranglijst de vijfde plaats. Enkele weken later, na een kwartfinaleplaats op Wimbledon, steeg zij naar de vierde positie. Op het dubbelspeltoernooi van het US Open won Mertens haar eerste grandslamtitel, weer met Sabalenka aan haar zijde – hierdoor bereikte zij de tweede plek op de wereldranglijst, in september 2019.
In oktober 2020 won Mertens haar elfde WTA-dubbelspeltitel op het WTA-toernooi van Ostrava, weer samen met Sabalenka.
In februari 2021 won Mertens met Sabalenka haar tweede grandslamtitel, op het Australian Open. Bij de volgende twee toernooideelnames met Sabalenka verloor dit koppel meteen hun openingspartij. In april speelde Mertens samen met Russin Veronika Koedermetova op het WTA-toernooi van Istanbul – hier won zij haar dertiende dubbelspeltitel. In mei bereikte zij de eerste plaats op de wereldranglijst in het dubbelspel. Op Wimbledon won Mertens haar derde grandslamtitel, nu met de Taiwanese Hsieh Su-wei aan haar zijde. Terug met Hsieh won Mertens in oktober ook het WTA 1000-toernooi van Indian Wells, haar vijftiende titel.
In 2017 debuteerde Mertens bij het Belgische Fed Cup-team.[3] Zij speelde en won dat jaar vier wedstrijden. Mede dankzij haar slaagde het Belgische team erin te promoveren naar Wereldgroep I. In 2018 werd Mertens samen met haar team door Frankrijk uitgeschakeld in de eerste ronde van Wereldgroep I. Zij loodste haar team wel voorbij Italië in de barragewedstrijd om behoud. Tot en met 2022 behaalde Mertens in de Fed Cup een winst/verlies-balans van 13–7.
In 2018 nam zij samen met David Goffin namens België deel aan de Hopman Cup. Het duo eindigde als tweede in de groepsfase en miste zo nipt kwalificatie voor de finale.
_23_(cropped)_2.jpg)
.svg){kind=small}
.svg){kind=small}
_(52144074831).jpg)
.svg){kind=small}
.svg){kind=small}
