Ele jogou basquete universitário em Duke Blue Devils, sendo campeão nacional junto com seu irmão Miles, e foi selecionado pelo Brooklyn Nets como a 22ª escolha geral no Draft da NBA de 2013. Plumlee também fez parte da Seleção Americana de Basquetebol que conquistou a medalha de ouro na Copa do Mundo de Basquetebol de 2014.