ゴールデンステート・ウォリアーズキャリア初期2011年にゴールデンステート・ウォリアーズから1巡目11位で指名された。因みに当時10位指名権を持っていたミルウォーキー・バックスや、サンアントニオ・スパーズもトンプソンを狙っていたと言われている。12-13シーズンのライジングスターズ・チャレンジに選出された。2014-15シーズン2014-15シーズン開幕前にはミネソタ・ティンバーウルブズのケビン・ラブを含んだ複数トレードの交渉がされたが、スティーブ・カーHCとアドバイザーのジェリー・ウェストが猛反対したため交渉は決裂し、開幕後に4年7000万ドルの延長契約を結んだ。2015年1月23日のサクラメント・キングス戦では、第3クォーターに37点を記録し、それまで単一クォーターの内で多く点を取ったカーメロ・アンソニーの33点を抜きNBA最多得点を樹立。スコアラーとして大きく成長し、個人成績としては平均21.7得点2.9アシスト3.2リバウンド3P成功率43.9％を記録した。このシーズンは、チームメイトのステフィン・カリーと共にチームを牽引し、2014-15シーズンはNBA最高勝率となる67勝15敗へとチームを導くと共に、自身初となるオールNBAチーム3rdチームに選出された。その勢いはプレーオフに入っても止まることを知らず、随所で効果的なビッグショットを沈め、ウォリアーズの1975年以来のNBAチャンピオンに大きく貢献した。また父マイカル・トンプソンもロサンゼルス・レイカーズ時代にNBAチャンピオンになっている。これはNBA史上4組目の親子チャンピオンである。2015-16シーズン2015-16シーズンもチームは前シーズンを超えるスピードで勝利を重ねていく。トンプソン自身も調子が良く、オールスターファン投票ではガード部門4位の55万票を獲得し2年連続のNBAオールスターゲーム出場を果たす。NBAオールスターウィークエンドの3Pコンテストに出場したトンプソンはチームメイトのステフィン・カリーと共に決勝ラウンドに出場。決勝ラウンドでは去年カリーが打ち立てた27点を自らが叩き出し見事優勝を果たした。翌日のオールスターではリザーブとして出場。21分の出場で3ポイントシュート3/10の9得点というなかなか満足の出来ないスコアで終わった。2015-16シーズンプレーオフ、ウェスタンカンファレンスファイナルvsオクラホマシティ・サンダー戦第6試合で、11本の3ポイントシュートを成功させNBAプレーオフ１試合における3ポイントシュート成功数の新記録を樹立。プレーオフキャリアハイの合計41点を叩き出しチームを勝利に導いた。NBAファイナルではレギュラーシーズンやプレーオフに比べ精彩を欠き、クリーブランド・キャバリアーズの前に敗れ連覇はならなかった。2016年夏、リオデジャネイロオリンピックのアメリカ代表に選出され、見事金メダルを獲得した。2016-17シーズンプレシーズンの好調ぶりから一転し開幕数試合では1本も3Pシュートが入らない日が続くなど好不調の波が非常に激しく、前季自己平均を大きく下回る得点とシュート成功率だった。その後徐々に盛り返しつつある中、ボストン・セルティックスへトレードされるのではという噂が流れ出したりもした。12月5日のインディアナ・ペイサーズ戦では自己最多の60得点を記録。ケビン・デュラントの加入で成績が落ちるのではないかと言われていたが、結果的にはキャリアハイの平均22.3得点、3ポイント成功数268本(成功数4年連続2位)を記録しレギュラーシーズンを終えた。プレーオフに入ってから自身の得点は下がったもののマッチアップの得点を大きく下げ、特にNBAファイナル、対クリーブランド・キャバリアーズ戦での執拗なディフェンスが非常に評価された。シリーズを4勝1敗で制し、2度目のNBAチャンピオンに輝いた。シーズンオフには以前から契約しているシューズブランドのANTAと10年8000万ドルで契約を延長した。また、オフの移籍で騒がれたポール・ジョージ、カイリー・アービングとのトレードをそれぞれインディアナ・ペイサーズとクリーブランド・キャバリアーズから持ちかけられたが、ウォリアーズ側は断固拒否の姿勢をみせ破談となった。2017-18シーズン2017年10月29日に行われたデトロイト・ピストンズ戦で29得点を記録した。チームは107-115で敗れたが、トンプソンはこの試合でフランチャイズ史上11人目の通算9000得点を達成した。2018年1月12日に行われたミルウォーキー・バックス戦で昨季2016年12月11日のミネソタ・ティンバーウルブズ戦から続いていたレギュラーシーズンの連続3ポイント成功試合記録が95で途絶えた。この試合でトンプソンは2本の3ポイントシュートを放ったが、1本も決まらなかった。しかし、95試合連続成功という記録はチームメイトであるステフィン・カリーの157試合、カイル・コーバーの127試合に次ぐ歴代3位の記録となった。2018年2月18日に行われるNBAオールスターゲームに出場することが発表された。2月22日に行われたロサンゼルス・クリッパーズ戦で19得点を記録、チーム史上10人目となる通算10000得点を達成した。試合はウォリアーズが134-127で勝利した。3月9日に行われたポートランド・トレイルブレイザーズ戦で今季の3Pシュート成功数200本に到達した。これによりチームメイトであるステフィン・カリーに次いでNBA史上2人目となる1シーズンの3P成功数200本を異なる6度のシーズンで達成した選手となった。トンプソンはこの試合で25得点を記録したが、125-108でブレイザーズに敗れた。3月31日に行われたサクラメント・キングス戦で右手の怪我による離脱から8試合振りに復帰し25得点を記録、試合はウォリアーズが112-96で勝利した。4月8日に行われたフェニックス・サンズ戦で第1クォーターの22得点を含む34得点を記録、試合はウォリアーズが117-100で勝利し対サンズ戦の連勝を15に伸ばした。プレーオフ1回戦、対サンアントニオ・スパーズの第2戦で31得点を記録、初戦のFG11/13に続き12/20と高い確率でシュートを決めた。第5戦で24得点を記録、リック・バリー(699)、ステフィン・カリー(652)に次ぐチーム歴代3位となるポストシーズン通算600本目のFGを成功させた。試合は99-91で勝利しウォリアーズが4勝1敗で2回戦進出を決めた。2018-2019シーズン2018-19シーズン最初の7試合は、昨季までのキャリア7シーズンすべてにおいて40パーセントを超えていた3ポイント成功率が急激にダウンし、彼にとって最も苦しめられた期間であった。トンプソンは、最初の７試合で３ポイントシュートを合計36本試投し、わずか５本しか決められず、20得点以上を挙げることができなかった。しかし、2018年10月29日のシカゴ・ブルズ戦にて、彼は第1クォーターから3本連続で3Pを成功させ、22得点をマークすると、前半だけで10本の3Pを決めて36得点をあげた。チーム全体でも、ウォリアーズは前半だけで17本の3P成功というNBA新記録を樹立し、ハーフタイムまでに92-50と大量リードを奪う。前半だけで92得点は、1990年にデンバー・ナゲッツを173-143で下したフェニックス・サンズが記録した107得点に続く史上2番目の数字であった。そして第3Q残り5分を切ったところで、ケビン・デュラントからのパスを受けたトンプソンは、2016年11月7日（同8日）のニューオーリンズ・ペリカンズ戦でチームメイトのステフィン・カリーが打ち立てた1試合13本の3P成功記録を塗り替えた。第4Qはベンチで過ごし、出場時間はわずか26分だったトンプソンは、最終的に24本の3Pを試投して14本を成功、最終的に29本中18本のFGを成功させた。11月24日、彼はサクラメント・キングスに117-116で勝利し、5本の3ポイントシュートを決めて31得点を記録した。この試合で彼はジェイソン・リチャードソンが持っていた３ポイント成功数1,608本を超え、NBA歴代３ポイント成功数ランキングで21に上がった。12月29日、彼はポートランド・トレイルブレイザーズを115-105で打ち破り、32得点で今シーズン2番目に高い得点を挙げた。1月8日、彼はニューヨーク・ニックスに122–95で勝利し、7本の3ポイントシュートを含む43得点を記録した。1月21日、彼は10回の３ポイントシュートを含む44点を挙げ、ロサンゼルス・レイカーズに 130-111で勝利した。この試合で彼は３ポイントシュートを11本中10本、FGを20本中17本決めた。3月8日、彼はデンバー・ナゲッツ戦で 9本の３ポイントシュートを含む39得点を挙げ、122ー105で勝利した。3月13日、彼はヒューストン・ロケッツ戦に106-104で勝利し、30得点を記録した。これにより、彼はNBAの歴史の中でカリーと並び、７シーズン続いて200本の３ポイントシュートを各シーズンに成功させた選手となった。また、彼は今シーズン初めてNBA All-Defensive Teamの2nd teamに選ばれた。プレイオフ、NBAファイナルのトロント・ラプターズとの第3 戦で、トンプソンは第2戦の後半で左ハムストリングを怪我したため、彼のキャリアで初めてプレーオフゲームを欠場した。彼は第4戦に戻り、6本の3ポイントシュートを含む28得点を記録した。第5戦で、ウォーリアーズは106-105で勝利し、彼は26得点を記録し、ラプターズとのシリーズリードを3-2に持ち直した。しかし、第6戦の最中にダニー・グリーンと接触した際に、右膝前十字靭帯断裂の大怪我を負ってしまう。チームはそのままトロント・ラプターズに敗れてチーム初のスリーピートはならなかった。今シーズン、彼は374本の３ポイントシュートを決めた。１シーズンでこれよりも多く３ポイントシュートを決めたのはステファン・カリーの470本とレイ・アレンの385本のみである。2019年6月30日、5年1億9000万ドル(約205億6600万円)でゴールデンステート・ウォリアーズと再契約した。2019年7月2日、膝の手術を受けたことを発表。