Talento precoce, non ancora diciannovenne raggiunge la sua prima finale in singolare nel circuito maggiore e un anno dopo, a 19 anni e 6 mesi, vince il suo primo titolo al Masters 1000 di Miami 2025. Il suo miglior risultato in un torneo del Grande Slam è la semifinale al Roland Garros conseguita nel 2026, mentre il suo migliore ranking ATP è la 12ª posizione raggiunta nel marzo 2026. Ha fatto il suo esordio nella squadra ceca di Coppa Davis nel 2023.
In doppio misto ha trionfato agli US Open 2026, in coppia con la connazionale Karolína Muchová.
Carriera 2020-2022: carriera juniores, primi titoli ITF Tra gli juniores vanta 4 titoli vinti tra il 2020 e il 2022. Nel 2022 raggiunge la finale agli Australian Open juniores, persa contro Bruno Kuzuhara, e ad aprile sale alla 2ª posizione nel ranking mondiale di categoria.
Nel 2021 disputa i primi tornei professionistici sia nel circuito ITF che nel circuito Challenger, mentre gioca il primo match di qualificazione a un torneo ATP grazie ad una wild card al Serbia Open 2022. A settembre si aggiudica il primo titolo ITF ad Allershausen e ne vince altri tre consecutivamente tra il 14 e il 28 novembre, perdendo solamente tre set in totale e stabilendo una striscia di 15 vittorie consecutive.
2023: primo titolo Challenger, terzo turno US Open, debutto in Coppa Davis Nel marzo 2023 vince il suo ultimo titolo ITF e abbandona la categoria dopo aver conquistato cinque titoli in singolare e uno in doppio. A maggio vince il primo titolo Challenger alla sua sesta apparizione nel tabellone principale di un torneo di questo livello, battendo Dominik Koepfer in finale a Praga. Nel prosieguo della stagione raccogli alcuni altri buoni risultati nei Challenger e a luglio entra nella top 200 del ranking.
La posizione in classifica gli consente di disputare le sue prime qualificazioni a un torneo del Grande Slam agli US Open e al primo incontro supera l'ex top 10 Fabio Fognini, poi ha la meglio su Leandro Riedi e si aggiudica un posto nel main draw battendo Zdeněk Kolář. Conquista la prima vittoria nel circuito maggiore al primo turno contro Grégoire Barrère, diventando uno dei tennisti più giovani a vincere un match nel tabellone principale degli US Open (l'ultimo under 18 era stato Borna Ćorić nel 2014). Supera l'altro qualificato Titouan Droguet il giorno prima del suo 18º compleanno e al terzo turno viene sconfitto nettamente dal n° 9 del mondo Taylor Fritz. A settembre gioca il primo match in Coppa Davis per la Repubblica Ceca nella fase a gruppi delle Finals della competizione, viene schierato nella sfida con la Serbia quando le due squadre sono già qualificate per i quarti e vince contro Dušan Lajović; non verrà utilizzato nella fase a eliminazione diretta.
2024: prima finale ATP, quarti di finale a Shanghai e Vienna, 48° nel ranking All'esordio stagionale perde la finale al Challenger di Canberra contro Koepfer. Disputa quindi per la prima volta e supera le qualificazioni degli Australian Open. Al primo turno del torneo batte Denis Shapovalov in tre set e al secondo cede al n° 9 mondiale Hubert Hurkacz al quinto set. Il 24 febbraio raggiunge per la prima volta una finale ATP 250, a Doha: dopo aver sconfitto Davidovich Fokina e l'ex numero 1 della classifica mondiale Andy Murray, nei quarti ha la meglio sul nº 5 del mondo Andrej Rublëv, nella sua prima vittoria contro un top 10. In semifinale supera Gaël Monfils e perde la finale per 6–7, 4–6 da Karen Chačanov. Con questo risultato fa il suo ingresso nella top 100, in 87ª posizione. Disputa il suo primo torneo Masters 1000 a Indian Wells in cui esce al secondo turno, mentre non supera le qualificazioni al Masters di Miami.
Dopo un mese di inattività riprende l'ascesa al Masters 1000 di Madrid, sconfiggendo Yannick Hanfmann e il nº 10 del mondo Grigor Dimitrov, per poi ritirarsi durante il match di terzo turno per un problema alla mano che gli impedirà di giocare al Roland Garros. Torna a mettersi in luce a giugno raggiungendo i quarti di finale sull'erba dei Mallorca Championships, mentre al suo esordio a Wimbledon cede al primo turno ad Aleksandr Bublik dopo aver vinto i primi due set. Raggiunge la semifinale all'ATP di Umago senza perdere alcun set, ma nella circostanza raccoglie solo cinque giochi da Musetti. Fa il suo debutto olimpico ai Giochi di Parigi uscendo al secondo turno per mano di Tommy Paul.
Arriva al terzo turno agli US Open, sconfitto al quinto set da Nuno Borges dopo aver eliminato la testa di serie nº 19 Félix Auger-Aliassime. Nella fase a gruppi delle Finals di Coppa Davis perde i tre match di doppio, vince uno dei due giocati in singolare e i cechi finiscono ultimi nel girone. Raggiunge per la prima volta il terzo turno in un Masters 1000 a Shanghai sconfiggendo per la seconda volta in stagione il top 10 Rublëv; accede poi ai quarti di finale con il successo sull'altro top 10 Dimitrov e quindi cede a Djokovic dopo aver vinto il primo set. Al successivo torneo ATP 500 di Vienna riesce a superare le qualificazioni e nuovamente a raggiungere i quarti di finale, prima volta in un torneo di questa categoria, dove viene però eliminato in tre set da de Minaur. Grazie a questo risultato migliora ulteriormente il suo ranking e riesce ad entrare per la prima volta in carriera in top 50, alla 48ª posizione.
2025: primo titolo ATP al Masters 1000 di Miami e 16º nel ranking Eliminato nei quarti nei primi due tornei ATP stagionali, sconfigge la sesta testa di serie Ruud al secondo turno degli Australian Open in quattro set, ma perde nel turno successivo contro Davidovich Fokina al turno successivo. Sconfitto al secondo turno al Masters 1000 di Indian Wells, raggiunge le semifinali al nuovo Challenger 175 Copa Cap Cana 2025. A Miami raggiunge la sua prima semifinale di categoria dopo le vittorie sul campione di Indian Wells, Jack Draper. Accede alla sua prima finale in singolare del circuito maggiore sconfiggendo il nº 4 del mondo Taylor Fritz, con la più grande vittoria da inizio carriera in termini di classifica. Vince il titolo battendo in finale Djokovic in due tie-break.
Continua l'ascesa raggiungendo i quarti al Madrid Open grazie all'eliminazione tra gli altri del nº 13 ATP Ben Shelton. Qui cede in tre set a Francisco Cerúndolo. Entra in top 20, alla 19ª posizione, dopo aver raggiunto gli ottavi di finale agli Internazionali d'Italia. Al Roland Garros esce al secondo turno dopo essere stato rimontato da 2 set a 0 da Henrique Rocha. Esce al secondo turno contro Bautista Agut anche al Queen's Club Championships. Al torneo di Wimbledon raggiunge il terzo turno contro Flavio Cobolli. Sale al 16º posto mondiale, suo best ranking, dopo aver ottenuto il terzo turno anche al Masters 1000 del Canadian Open e al Cincinnati Open. Nel torneo di doppio di Cincinnati dà forfait dopo aver eliminato al primo turno in coppia con Jiri Lehecka le teste di serie nº 3 Harri Heliövaara / Henry Patten. Arriva a giocare solo il secondo turno agli US Open, fermato al tie-break del quinto set dal francese Blanchet. Alterna una vittoria e una sconfitta sia nella Coppa Davis contro gli USA ( sconfitta contro Fritz, e vittoria contro Tiafoe) che nella successiva manifestazione della Laver Cup (vittoria su Michelsen e sconfitta contro de Minaur, a cui si aggiunge la vittoria in doppio con Alcaraz su Fritz/Michelsen). Riprende il tour in Asia dove giunge a Pechino fino ai quarti di finale durante i quali si ritira contro de Minaur sul punteggio di 1–4 per un problema al ginocchio sinistro, ed esce all'esordio a Shanghai. Di ritorno in Europa si ritira di nuovo al secondo turno a Basilea opposto a Fonseca, stavolta senza nemmeno scendere in campo. Ritorna in campo per la fase finale della Coppa Davis a Bologna durante la quale vince il singolare contro Carreno Busta, ma a causa delle sconfitta di Lehecka e nel doppio dello stesso Mensik in coppia con Machac, la Repubblica Ceca viene eliminata nei quarti di finale dalla Spagna. Chiude la stagione, ritirandosi anche dall'ATP Next Gen, in cui era grande favorito, per ragioni mediche. Termina l'anno in top-20, alla posizione n.19.
2026: ottavi all'Australian Open, semifinale al Roland Garros e best ranking Inizia l'anno in Oceania, alla United Cup durante la quale aiuta a portare la sua squadra nazionale oltre il girone con la vittoria su Ruud nello scontro con la Norvegia, e le vittorie di doppio misto in coppia con Krejcikova. Tuttavia nello scontro con il Belgio perde contro Bergs contribuendo all'uscita della Repubblica Ceca dalla manifestazione. Si sposta ad Auckland, in Nuova Zelanda, dove vince il torneo battendo in finale l'argentino Baez. A Melbourne ottiene il suo miglior risultato in uno slam qualificandosi per gli ottavi di finale contro Djokovic che tuttavia non disputa per un dolore addominale. Ritorna in campo dopo un mese a Doha, dove sconfigge nei quarti di finale il n.2 della classifica, Sinner, sancendo la vittoria contro un tennista dal ranking più alto finora ottenuta nella sua carriera. Esce poi al turno successivo in semifinale contro Fils. Con questo risultato raggiunge la posizione numero 12 nell'Atp Ranking, posizione più alta mai raggiunta fino a quel momento. Al torneo di Dubai si spinge fino ai quarti di finale, sconfiggendo Hurkacz e Popyrin e venendo sconfitto da Griekspoor. Ai tornei di Indian Wells e Miami non va oltre i sedicesimi di finale, venendo sconfitto rispettivamente da Davidovich Fokina e Tiafoe. Al torneo di Montecarlo gioca il doppio col suo connazionale Lehecka, battendo al primo turno la coppia composta da Rublev e Khachanov, salvo poi non disputare gli ottavi per un problema che lo costringe a saltare il singolare. Al torneo di Madrid viene sconfitto agli ottavi da Zverev, mentre agli Internazionali BNL d'Italia viene immediatamente sconfitto da Popyrin. Al torneo di Amburgo perde al secondo turno da Ignacio Buse, futuro campione del torneo. Al Roland Garros batte in 3 set Droguet, in 5 set Navone, in una partita che dura quasi 5 ore per poi sentirsi male a causa della durata della partita e delle condizioni climatiche poco favorevoli. Al turno successivo perde col parziale di 0-6 il primo set contro de Minaur, ma riesce a batterlo col parziale di 0-6 6-2 6-2 6-3. Agli ottavi affronta Rublev, che viene battuto in 5 set e raggiunge così per la prima volta un quarto di finale in un torneo del Grande Slam. Batte in 3 set Fonseca e raggiunge la sua prima semifinale Slam, perdendo in 4 set da Zverev, il quale vincerà il suo primo torneo dello Slam. Al Queen's perde al primo turno sia nel singolare che nel doppio, e non va oltre il secondo turno a Wimbledon, perdendo da Dimitrov. A Washington viene eliminato al secondo turno da Nakashima.
Statistiche Singolare Vittorie (2) Legenda Grande Slam (0) ATP Finals (0) ATP Masters 1000 (1) ATP Tour 500 (0) ATP Tour 250 (1) N.DataTorneoSuperficieAvversario in finalePunteggio 1. 30 marzo 2025 Miami Open, Miami Cemento Novak Đoković 7–6(4), 7–6(4) 2. 17 gennaio 2026 Auckland Open, Auckland Cemento Sebastián Báez 6–3, 7–6(7) Finali perse (1) Legenda Grande Slam (0) ATP Finals (0) ATP Masters 1000 (0) ATP Tour 500 (0) ATP Tour 250 (1) N.DataTorneoSuperficieAvversario in finalePunteggio 1. 24 febbraio 2024 Qatar Open, Doha Cemento Karen Chačanov 6(12)–7, 4–6
Doppio Finali perse (1) Legenda Grande Slam (0) ATP Finals (0) ATP Masters 1000 (0) ATP Tour 500 (0) ATP Tour 250 (1) N.DataTorneoSuperficieCompagnoAvversari in finalePunteggio 1. 5 gennaio 2025 Brisbane International, Brisbane Cemento Jiří Lehečka Julian Cash Lloyd Glasspool 3–6, 7–6(2), [6–10]
Doppio misto Vittorie (1) Tornei del Grande Slam Australian Open (0) Open di Francia (0) Torneo di Wimbledon (0) US Open (1) Ori Olimpici (0)
N.DataTorneoSuperficieCompagnoAvversari in finalePunteggio 1. 26 agosto 2026 US Open, New York Cemento Karolína Muchová Belinda Bencic Flavio Cobolli 6–3, 1–6, [10–6]
Tornei minori Singolare Vittorie (6) Legenda tornei minoriChallenger (1)ITF (5)