Al draft viene selezionato con la 15ª scelta dai Milwaukee Bucks. Il 21 febbraio 2011 viene assegnato ai Fort Wayne Mad Ants, in D-League; viene reintegrato il successivo 28 febbraio. Il 30 novembre 2012 realizza la sua prima tripla doppia in carriera, segnando 10 punti, 12 rimbalzi e 10 stoppate contro i Minnesota Timberwolves. È stato il secondo miglior stoppatore dopo Serge Ibaka. È stato inoltre il terzo giocatore più votato per il Most Improved Player Award dopo Paul George e Greivis Vásquez. Il 20 agosto 2013 rinnova il suo contratto con i Bucks, firmando per 4 anni a 44 milioni di dollari. Nel dicembre 2013 ha saltato 25 partite dopo essersi lacerato il legamento del pollice durante una rissa in una discoteca. È stato multato per i reati di condotta disordinata, aggressione e rissa; la polizia non ha tuttavia preso ulteriori provvedimenti. Il 5 aprile 2014 è risultato positivo alla marijuana in un controllo antidoping e, per tale motivo, ha dovuto saltare 5 gare. Il 21 febbraio 2015, dopo essere risultato nuovamente positivo ad un controllo, i Bucks hanno deciso di uscire dal contratto che legava la franchigia al giocatore. In seguito, Sanders inizia un programma terapeutico al Rogers Memorial Hospital per guarire da problemi ansioso-depressivi.