Jabarkan AZ dari Wout Weghorst

Setelah musim yang sukses bersama Heracles, Weghorst menandatangani kontrak empat tahun dengan AZ pada bulan Juli 2016, dengan opsi perpanjangan kontrak satu tahun. Pada tanggal 24 November 2016, ia mencetak gol Eropa pertamanya yang memenangkan tim 0-1 dalam pertandingan grup UEFA Europa League melawan tim dari Irlandia, Dundalk.

Pada awal musim, Ia diangkat menjadi wakil kapten menggantikan Ron Vlaar. Weghorst memulai musim 2017-18 dengan performa apik yang ditunjukkan dengan 7 gol dalam 13 penampilan pertamanya. Ia melanjutkan performa itu dan setelah mencetak 20 gol dalam 29 penampilan dalam seluruh kompetisi di musim tersebut. Ia kemudian dipanggil dalam skuad tim nasional Belanda di bawah kepelatihan Ronald Koeman pada bulan Maret tahun 2018.

Ia menyelesaikan musim itu sebagai pencetak gol ketiga terbanyak di Eredivisie dengan 18 gol, bersama Steven Berghuis, keduanya di belakang pencetak gol terbanyak Alireza Jahanbakhsh (dengan 21 gol) dan runner up Bjørn Johnsen (dengan 19 gol).