Il 18 dicembre 2010 viene ceduto insieme a Vince Carter, Mickaël Piétrus, una scelta al primo giro al draft 2011 (che sarebbe poi stato Nikola Mirotić) e 3 milioni di dollari ai Phoenix Suns (squadra che lo ha scelto nel 2005) per Hidayet Türkoğlu, Jason Richardson ed Earl Clark. A causa del fatto che la maglia numero 13, già indossata ai Magic e durante i suoi primi anni di carriera, era già indossata da Steve Nash, Gortat sceglie di indossare la maglia numero 4. Durante il suo primo anno con i Suns, Gortat aumenta il suo minutaggio, venendo in seguito promosso a titolare al posto di Robin Lopez.