Koval'čuk giocò due stagioni nella Vysšaja Liga con la maglia dello Spartak Mosca prima di esordire nella NHL. Nel draft del 2001 fu selezionato in prima posizione assoluta dagli Atlanta Thrashers, divenendo il primo giocatore russo ad essere eletto come prima scelta nella storia della NHL. Koval'čuk in Russia vestì la maglia numero 17 in onore di Valerij Charlamov, superstar sovietica degli anni settanta.