Golden State Warriors (2011-actualidad)
Temporada 2011-12
Thompson se declaró en el draft de la NBA de 2011 tras su temporada junior, siendo seleccionado en el puesto 11º de la general por los Golden State Warriors. Esta elección de un guardia provocó la especulación de que los Warriors intercambiarían al titular Monta Ellis, pero eso no ocurrió hasta marzo de 2012. El gerente general de los Warriors, Larry Riley, elogió a Thompson por su capacidad de tiro y expresó su confianza en que Thompson mejoraría sus habilidades defensivas con el nuevo entrenador Mark Jackson.
La NBA no seleccionó a Thompson para el Rising Stars Challenge del fin de semana de las estrellas de la NBA de 2012. Sin embargo, en los cuatro partidos posteriores a esa decisión, Thompson mejoró en todas las áreas del baloncesto con respecto a sus promedios de la temporada actual: puntos por partido (12,5 sobre 7,6), porcentaje de tiro (54,3% en general, incluido el 55,6% en triples, frente a 46,7 y 48,1), rebotes (2,8 sobre 1,6), asistencias (1,5 sobre 1,3), robos y pérdidas de balón. Los Warriors traspasaron a Ellis a los Milwaukee Bucks el 13 de marzo de 2012. El siguiente partido, Thompson anotó un máximo de temporada de 26 puntos en una derrota ante los Boston Celtics. Una semana más tarde, superó su máximo anterior con 27 puntos en una victoria sobre los New Orleans Hornets. A mediados de febrero de 2012, Thompson jugaba unos 17 minutos por partido, pero durante el mes siguiente jugó una media de 30 minutos por partido. Al final de la temporada, Thompson fue elegido para el primer equipo de novatos de la NBA.
Temporada 2012-13
El 29 de enero, 2013, Thompson anotó un máximo de temporada de 32 puntos contra los Cleveland Cavaliers. El entrenador de los Warriors, Mark Jackson, dijo que Thompson y Stephen Curry formaban el mejor dúo de tiradores de la historia de la NBA. Esa temporada, los dos combinados hicieron 483 triples, la mayor cantidad de un dúo de la NBA. Los Warriors derrotaron a los Denver Nuggets en la primera ronda de los playoffs y se enfrentarían a los San Antonio Spurs. El 8 de mayo de 2013, Thompson registró un récord de carrera en los playoffs con 34 puntos contra San Antonio, encestando 8 de 9 intentos de tres puntos, junto con un récord de carrera de 14 rebotes. Thompson y los Warriors perderían ante los Spurs en seis partidos.
Temporada 2013-14
En el partido inaugural de los Warriors, Thompson anotó un máximo de temporada de 38 puntos, incluyendo 5 de 7 triples. Él y Curry establecieron un récord de la NBA con 484 triples combinados en la temporada, superando por uno el récord que establecieron el año anterior. Thompson promedió 18,4 puntos, 3,1 rebotes y 2,2 asistencias en el año. Thompson y los Warriors entraron en los playoffs de la NBA de 2014 como sextos cabezas de serie de la Conferencia Oeste y se enfrentaron a Los Ángeles Clippers en la primera ronda; perdieron la serie en siete partidos.
Temporada 2014-15: Primera selección para el All-Star y campeonato de la NBA
El 31 de octubre de 2014, Thompson firmó una extensión de contrato de cuatro años con los Warriors. Al día siguiente, anotó un récord de carrera de 41 puntos en la victoria de los Warriors por 127-104 sobre Los Ángeles Lakers. El 23 de enero de 2015, Thompson anotó la cifra más alta de su carrera, 52 puntos, con 11 triples, en una victoria por 126-101 sobre los Sacramento Kings. En el tercer cuarto de ese partido, anotó un récord de la NBA de 37 puntos para un solo cuarto, yendo 13 de 13 en tiros de campo, incluyendo nueve triples (también un récord de la liga para un solo cuarto). Los 13 tiros de campo empataron el récord de David Thompson (sin relación) para un cuarto. El 29 de enero de 2015, Thompson fue nombrado reserva del equipo All-Star de la Conferencia Oeste 2015 por primera vez en su carrera.
El 8 de marzo de 2015, Thompson encestó 3 triples contra los Clippers de Los Ángeles para superar a su entrenador Steve Kerr (726) en la lista de todos los tiempos de la NBA. El 17 de marzo, fue descartado por 7-10 días con un esguince de tobillo. Esa temporada, Curry batió su propio récord de triples (286), y Thompson volvió a quedar segundo en la liga (239), ya que ambos se combinaron para hacer 525 triples, superando su anterior récord en 41. El 7 de junio, en el segundo partido de las Finales de la NBA, Thompson anotó 34 puntos, la cifra más alta de su carrera, en una derrota contra los Cavaliers de Cleveland. Los Warriors pasaron a derrotar a los Cavaliers en seis partidos para ganar el campeonato de la NBA y poner fin a los 40 años de sequía de campeonatos de la franquicia.
Temporada 2015-16
Thompson abrió los primeros siete partidos de la temporada 2015-16 disparando sólo 13 de 36 desde el rango de 3 puntos (36 por ciento). En los últimos 11 partidos de noviembre, Thompson luego disparó un combinado de 32 de 73 desde más allá del arco (43,8 por ciento). El récord de los Warriors en la NBA terminó con 24 victorias cuando perdieron ante los Milwaukee Bucks el 12 de diciembre. En el siguiente partido de los Warriors, el 16 de diciembre, Thompson anotó 27 de sus 43 puntos, entonces el máximo de la temporada, en el tercer cuarto de su victoria por 128-103 sobre los Phoenix Suns. El 8 de enero, registró su tercer partido consecutivo con 30 o más puntos, terminando con 36 puntos en una victoria de 128-108 sobre los Portland Trail Blazers. El 27 de enero, anotó 45 puntos con 14 de 20 en una victoria por 127-107 sobre los Dallas Mavericks. A la noche siguiente, fue nombrado reserva del All-Star de la Conferencia Oeste para el Partido de las Estrellas de la NBA 2016, obteniendo su segunda nominación consecutiva al All-Star. El 13 de febrero, compitió en el Concurso de Tres Puntos del Fin de Semana de las Estrellas y ganó el evento tras derrotar a Curry y Devin Booker en la ronda final. El 25 de marzo, anotó 40 puntos contra los Dallas Mavericks. Dos días después, tuvo otro partido de 40 puntos contra los Philadelphia 76ers, anotando 40 puntos en partidos consecutivos por primera vez en su carrera. El 7 de abril, Thompson anotó 14 puntos contra los San Antonio Spurs, ayudando a los Warriors a convertirse en el segundo equipo de la historia de la NBA en ganar 70 partidos en una temporada.
Como cabeza de serie número 1 de la Conferencia Oeste, los Warriors se enfrentaron a los Houston Rockets, octavos clasificados, en la primera ronda de los playoffs. En el quinto partido de la serie, Thompson se convirtió en el primer jugador de la historia de la NBA en anotar al menos siete triples en partidos consecutivos de playoffs, ya que ayudó a los Warriors a pasar a la segunda ronda con una victoria por 4-1, dando un paso adelante ante la ausencia de Curry por lesión. Los Warriors vencieron a los Portland Trail Blazers por 4-1 en la segunda ronda y pasaron a las finales de la Conferencia Oeste, donde se enfrentaron a los Oklahoma City Thunder. Después de ir perdiendo 3 juegos a 1 tras una derrota en el cuarto juego, Thompson ayudó a los Warriors a recuperarse en los juegos 5 y 6 para igualar la serie a 3-3. En el sexto partido, Thompson anotó un récord de triples y 41 puntos, y los Warriors forzaron el séptimo partido con una victoria por 108-101. Con la victoria en el séptimo partido, los Warriors se convirtieron en el décimo equipo en remontar una desventaja de 3-1 y ganar una serie de postemporada. Los Warriors llegaron a perder ante los Cleveland Cavaliers en las Finales de la NBA de 2016 en siete partidos, a pesar de ir ganando 3-1 en la serie.
Temporada 2016-17: Segundo campeonato de la NBA
Thompson abrió los seis primeros partidos de la temporada 2016-17 disparando 11 de 53 desde el rango de 3 puntos (20,75%). En los últimos 11 partidos de noviembre, Thompson luego hizo un combinado de 39 de 84 desde el rango de 3 puntos (46,4 por ciento). El 5 de diciembre de 2016, anotó 60 puntos (encestando 21 de 33 y 8 de 14 en triples) en 29 minutos a lo largo de solo tres cuartos en una victoria por 142-106 sobre los Indiana Pacers, convirtiéndose en el primer jugador en la historia de la NBA en anotar 60 puntos en menos de 30 minutos de acción. Thompson logró la mejor marca de la temporada de la NBA y la mejor actuación de su carrera para la mayor producción de puntos de un jugador de Golden State en más de 42 años. Sus 40 puntos en la primera parte le sitúan como el segundo jugador que más ha anotado en una mitad en la última década. Además, Thompson se convirtió en el primer Warrior en anotar 60 puntos desde los 64 de Rick Barry, miembro del Salón de la Fama, el 26 de marzo de 1974, uniéndose a los galardonados por el Naismith Wilt Chamberlain y Joe Fulks como los únicos jugadores de Golden State en hacerlo. El 26 de enero fue nombrado reserva del All-Star de la Conferencia Oeste para el Partido de las Estrellas de la NBA de 2017. Participó en el Concurso de Triples, pero no pudo defender su título al ser eliminado en la primera ronda. El 4 de abril de 2017, anotó 41 puntos (el décimo partido de 40 puntos de su carrera) en una victoria por 121-107 sobre los Minnesota Timberwolves. Los Warriors terminaron la temporada como primeros cabezas de serie del Oeste con un récord de 67-15.
Thompson tuvo problemas con su tiro durante largos tramos de los playoffs, pero destacó su defensa ante los guardias rivales como Damian Lillard, Patty Mills y Kyrie Irving. Tras una victoria por 129-115 en el cuarto partido de las Finales de la Conferencia Oeste sobre los Spurs de San Antonio, los Warriors alcanzaron su tercera serie consecutiva de las Finales de la NBA, convirtiéndose en el primer equipo de la historia de la liga en comenzar los playoffs con un balance de 12-0. Thompson ayudó a los Warriors a ganar su segundo campeonato en tres años con una victoria en la serie de 4-1 sobre los Cleveland Cavaliers en las Finales de la NBA de 2017. Los Warriors terminaron los playoffs con un récord de 16-1, alcanzando el mejor porcentaje de victorias en postemporada de la historia de la NBA.
Temporada 2017-18: Tercer campeonato de la NBA
El 29 de octubre de 2017, Thompson anotó 29 puntos en una derrota por 115-107 ante los Detroit Pistons, convirtiéndose en el undécimo jugador de la historia de la franquicia en eclipsar los 9.000 puntos en su carrera. El 20 de diciembre de 2017, anotó 27 de sus 29 puntos en la primera mitad e hizo sus primeros nueve tiros de campo en una victoria por 97-84 sobre los Memphis Grizzlies. El 27 de diciembre de 2017, en una victoria por 126-101 sobre los Utah Jazz, Thompson encestó tres tiros de 3 puntos, lo que lo llevó a empatar en el tercer lugar con Dana Barros con 89 partidos consecutivos con un tiro de 3 puntos. El 17 de enero de 2018, anotó 38 puntos en una victoria por 119-112 sobre los Chicago Bulls. El 22 de febrero de 2018, en una victoria por 134-127 ante Los Ángeles Clippers, Thompson superó los 9.996 puntos de Joe Barry Carroll para conseguir el décimo puesto en la lista de anotadores de la franquicia en su carrera, convirtiéndose además en el décimo Warrior en alcanzar los 10.000 puntos en su carrera en temporada regular. Dos días después, en una victoria por 112-80 ante los Thunder, Thompson superó a Neil Johnston (10.023) para ocupar el noveno puesto en la lista de anotadores de la franquicia en su carrera. El 31 de marzo de 2018, tras una ausencia de ocho partidos por una fractura en el pulgar derecho, Thompson anotó 25 puntos en un tiro de 10 de 19 en una victoria por 112-96 sobre los Sacramento Kings. El 5 de abril de 2018, en una derrota por 126-106 ante los Indiana Pacers, Thompson hizo 4 de 9 en tiros de 3 puntos para superar a Tim Hardaway (1.542) en el puesto 25 de la lista de carreras de la liga. Tres días después, anotó 22 de sus 34 puntos en el primer cuarto de la victoria de los Warriors por 117-100 sobre los Phoenix Suns. Thompson ayudó a los Warriors a derrotar a los San Antonio Spurs en la primera ronda de los playoffs en cinco partidos, ya que anotó 24 puntos en la victoria por 99-91 en el quinto partido. Como resultado, Thompson se unió a Rick Barry (699) y Curry (652) como jugadores de los Warriors con 600 tiros de campo en postemporada. En el tercer partido de las Finales de la Conferencia Oeste contra los Houston Rockets, Thompson superó a Barry (1.776) en la lista de anotadores de los Warriors en la postemporada. En el sexto partido, Thompson encestó nueve triples y anotó 35 puntos, mientras los Warriors se recuperaban de un déficit inicial de 17 puntos y evitaban la eliminación con una victoria por 115-86 sobre los Rockets. En el segundo partido de las Finales de la NBA, Thompson jugó su 100º partido de postemporada, récord de la franquicia. También se convirtió en el sexto jugador en hacer 300 triples en la postemporada, uniéndose a Curry como Warriors en alcanzar la hazaña. Anotó 20 puntos en el partido para ayudar a los Warriors a tomar una ventaja de 2-0 con una victoria de 122-103 sobre los Cavaliers. Los Warriors pasaron a barrer la serie para reclamar títulos consecutivos.
Temporada 2018-19
En los primeros siete partidos de 2018-19, Thompson disparó 5 de 36 desde detrás del arco y no logró tener un juego de 20 puntos. No hizo múltiples triples en ninguno de los concursos, una sequía de siete juegos, la peor de su carrera, para él. El 29 de octubre de 2018, contra los Chicago Bulls, encestó 14 triples, récord de la NBA, para superar la antigua marca de Curry de 13. Thompson anotó 52 puntos en 27 minutos mientras hacía 14 de 24 de sus triples y lanzaba 18 de 29 en total desde el campo. Sus 10 triples en la primera mitad empataron el récord de la liga de Chandler Parsons establecido en 2014, y Golden State hizo 17 triples en la primera mitad para establecer el récord de la NBA para una mitad. El 24 de noviembre, anotó 31 puntos con cinco triples en una victoria por 117-116 sobre los Sacramento Kings. Thompson se colocó en el puesto 21 de la lista de triples de la NBA cuando anotó su número 1.609 en el primer cuarto, superando a Jason Richardson. El 29 de diciembre, tuvo su segundo partido más anotador de la temporada con 32 puntos en una victoria por 115-105 sobre los Portland Trail Blazers. Salió de una mala racha encestando 12 de 21 en tiros de campo y 4 de 5 en tiros de 3 puntos. El 8 de enero, anotó 43 puntos con siete tiros de 3 puntos en una victoria por 122-95 sobre los New York Knicks. El 21 de enero, empató un récord de la NBA al hacer sus primeros 10 intentos desde la distancia de 3 puntos en su camino a anotar 44 puntos en una victoria de 130-111 sobre Los Ángeles Lakers. Acabó con 10 de 11 desde más allá del arco y 17 de 20 desde el suelo en total. El 8 de marzo, anotó 39 puntos e hizo nueve tiros de 3 puntos en una victoria por 122-105 sobre los Denver Nuggets. El 13 de marzo, anotó 30 puntos en una victoria por 106-104 sobre los Houston Rockets. Anotó cinco tiros de 3 puntos para sumar 203 en la temporada, uniéndose a Curry como los únicos jugadores en la historia de la NBA en tener siete temporadas consecutivas con 200 tiros de 3 puntos. Elogiado por su defensa a lo largo de su carrera, Thompson fue nombrado por primera vez en el equipo defensivo de la NBA, obteniendo honores del segundo equipo. Para el Juego 3 de las Finales de la NBA de 2019 contra los Raptors de Toronto, Thompson se perdió el primer partido de playoffs de su carrera después de forzar el tendón de la corva izquierda a finales del Juego 2. Regresó en el Juego 4 y anotó 28 puntos con seis tiros de 3 puntos en una derrota de 105-92, ya que los Warriors cayeron 3-1 en la serie. En el quinto partido, ayudó a los Warriors a evitar la eliminación con 26 puntos en una victoria por 106-105, recortando así la ventaja de los Raptors en la serie a 3-2. Sin embargo, en el sexto partido, Thompson sufrió una rotura del ligamento cruzado anterior de la rodilla izquierda y se retiró con 30 puntos a mediados del tercer cuarto, mientras los Warriors perdían el partido y la serie por 114-110. Terminó los playoffs en el tercer lugar en cuanto a tiros de 3 puntos en postemporada de su carrera (374), sólo por detrás de Curry (470) y Ray Allen (385).
2019-presente: Lidiando con las lesiones
El 1 de julio de 2019, Thompson acordó permanecer con los Warriors en un contrato máximo de cinco años y 190 millones de dólares con un kicker comercial adicional del quince por ciento como resultado de no hacer un equipo All-NBA, lo que podría haberlo hecho elegible para un acuerdo supermax como lo fue Curry en 2017. Al día siguiente, el 2 de julio, Thompson se sometió a una exitosa cirugía de rodilla en su LCA roto, y se perdió toda la temporada 2019-20 como resultado. Thompson volvió a firmar oficialmente con los Warriors el 10 de julio. El 19 de noviembre de 2020, se anunció que Thompson se perdería la temporada 2020-21 debido a una lesión en el tendón de Aquiles, que sufrió en un partido de recogida en Los Ángeles.