We wrześniu 1994 r. Dirk Nowitzki rozpoczął karierę koszykarską w drugoligowym DJK Würzburg. Po 4 latach gry wprowadził zespół do ekstraklasy, w której ze średnią 21,4 punktu na mecz został królem strzelców. W drafcie 1998 r. został wybrany z numerem 9 przez Milwaukee Bucks, ale w wyniku wymiany trafił do Dallas Mavericks. W NBA debiutował 5 lutego 1999 w spotkaniu przeciwko Seattle SuperSonics. Nowitzki z roku na rok grał coraz lepiej i w roku 2006 zajął 3 pozycję w głosowaniu na MVP sezonu. Doprowadził Mavs do finału NBA, w którym grali po raz pierwszy w historii. Pierwsze 2 mecze wygrali Mavs, ale przegrali 4 następne i to Miami Heat cieszyło się z mistrzostwa NBA. W sezonie 2006-2007 drużyna Dallas Mavericks prowadziła w ligowej tabeli z bardzo dobrym bilansem- gdy po słabym początku sezonu i 4 przegranych spotkaniach z rzędu pobili rekord NBA w 55 spotkaniach wygrywając aż 50, a w sumie w sezonie zasadniczym zwyciężając 67 razy. Drużyna była jednym z faworytów do tytułu, jednakże nieoczekiwanie została wyeliminowana przez Golden State Warriors już w pierwszej rundzie play off. Mimo tego sezon 2006-2007 okazał się dla Dirka najlepszym w jego karierze. Został doceniony w tradycyjnym głosowaniu przedstawicieli mediów tytułem MVP sezonu, stając się tym samym pierwszym zawodnikiem z Europy w historii przyznawanego od 52 lat wyróżnienia. Sześciokrotny z rzędu uczestnik Meczu Gwiazd, zdobywał w sezonie 2006-2007 średnio 24,6 punktów w meczu, 8,9 zbiórek oraz 3,4 asyst. Miał 50 procent skuteczności z gry (w tym 41 procent w rzutach za trzy punkty) i 90 procent rzutów wolnych - żaden inny koszykarz NBA nie osiągnął w tym sezonie takiej skuteczności rzutów. 24 marca 2015 roku, jako pierwszy zawodnik w historii NBA, osiągnął granicę 25 tysięcy zdobytych punktów, 10 tysięcy zbiórek, 1000 bloków oraz 1000 trafionych rzutów za 3 punkty[1].
Nowitzki jest wszechstronnym graczem, który gra głównie na pozycji silnego skrzydłowego, lecz również jako center i niski skrzydłowy. Nowitzki jest uważany za jednego z najlepiej rzucających graczy w NBA, który trafia 88% rzutów wolnych, 50% rzutów z pola i prawie 40% za 3 punkty, jest również zwycięzcą zawodów 2006 NBA All-Star Three-Point Shootout (konkurs rzutów za 3 punkty). W 2006-2007 Nowitzki został piątym członkiem klubu NBA 50-40-90 Club dla graczy, którzy trafiali 50% lub więcej rzutów z pola, 40% lub więcej za 3 punkty, i 90% lub więcej z rzutów wolnych w jednym sezonie, równocześnie osiągając NBA league minimum w każdej z kategorii.
W trakcie swej kariery Nowitzki wykazywał większą skuteczność wraz ze wzrostem znaczenia meczów. W sezonie zasadniczym osiągał średnio 23 punkty i 8 zbiórek. W playoffach natomiast jego średnia wynosiła 25,6 punktów, 10,9 zbiórek. W meczach o największym znaczeniu, takich jak eliminacje do playoffów Nowitzki zdobywał średnio 28,4 punktów, 12,2 zbiórek. Rozegrał 13 meczów eliminacyjnych, w których uzyskał 30 lub więcej punktów. W najlepszej 100 występów w eliminacjach w ostatnich 20 latach, nazwisko Nowitzki'ego można zobaczyć 8 razy, więcej niż jakikolwiek gracz NBA w jego epoce.
Jego celność połączona ze wzrostem i unikalną mechaniką rzutu, taką jak wyrzut piłki zza głowy, powoduje zablokowanie jego rzutów prawie niemożliwym. Dodatkowo, pomimo swych rozmiarów, Nowitzki potrafi niesamowicie skutecznie wchodzić z piłką pod kosz z obwodu. Charles Barkley mówił, że najlepszy sposób na zatrzymanie Nowitzki'ego to założenie opaski na oczy i zapalenie papierosa. Kiedy najwyższy zawodnik broniący Nowitzki'ego zostaje odciągnięty na obwód, statystyki Nowitzki'ego spadają, gdyż jest z dala od kosza i nie ma wielu zbiórek albo łatwych rzutów z bliska, lecz reszta drużyny nabiera ofensywnego potencjału wobec rozproszonej defensywy przeciwnika. Często takie zagrania powodują, że koledzy Nowitzki'ego mogą rozwinąć skrzydła.
Niektórzy krytycy twierdzą, że słabością Nowitzki'ego jest defensywa, gdyż osiąga trochę ponad jeden blok na grę i nigdy nie dostał się do All-Defense Team. Jednakże jego gra na obwodzie powoduje, że przyjmuje on inną pozycję niż typowy silny skrzydłowy, co obniża jego defensywne statystyki. Pomimo tego, jest 9. aktywnym graczem defensywnym, co plasuje go na pozycji wyższej nawet niż Kobe Bryant.
Nowitzki jest 17 graczem NBA w historii i pierwszym Europejczykiem, który zdobył 25 000 punktów. Poza tym, że w Dallas Mavericks jest liderem w zdobytych punktach, zbiórkach, punktach z pola, próbach zdobycia punktów z pola, rzutach za 3 punkty, próbach rzutów za 3 punkty, rzutach wolnych i próbach rzutów wolnych, Nowitzki był wybierany do drużyny NBA All-Star dziesięć razy, i jedenaście razy do All-NBA Teams. Został ogłoszony NBA MVP sezonu 2006-2007, będąc pierwszym Europejczykiem, który doznał tego zaszczytu. Był również ogłoszony europejskim koszykarzem roku 5 razy z rzędu, przez La Gazzetta dello Sport, jak również był najlepiej punktującym zawodnikiem i MVP Mistrzostw Świata FIBA w 2002 roku, i Eurobasketu 2005.
Brązowy medalista mistrzostw świata (2002)
wicemistrz Europy (2005)
Brązowy medalista 
