Les Suns de Phoenix le sélectionnent comme neuvième choix en 2002. Contrairement aux autres stars qui ont fait le grand saut entre l'école secondaire et la NBA (comme Kevin Garnett ou Kobe Bryant), Stoudemire devient immédiatement un joueur d'impact dans son club. Contre toute attente, il remporte le titre de rookie de l'année devant Yao Ming et Caron Butler. Avec 13,5 points et 8,8 rebonds de moyenne par match, Stoudemire réalise la meilleure saison rookie jamais effectuée jusqu'alors par un joueur arrivant directement de l'école secondaire.