Il est sélectionné en 7e position par les Pistons de Détroit[2]. Le , il signe avec les Pistons.
Monroe fait ses débuts en NBA le contre les Bulls de Chicago. Remplaçant, il marque deux points et prend trois rebonds en sept minutes. Après être resté remplaçant durant le premier mois de la saison, il est titularisé pour la première fois le contre les Timberwolves du Minnesota. Dans ce match, Monroe termine avec huit points, quinze rebonds et un contre en 35 minutes de jeu. En dépit du faible temps de jeu qu'il a eu en début de saison, l'apport de Monroe grandit en 2011 et il devient un solide marqueur et rebondeur pour la reconstruction de l'effectif des Pistons. Le , contre les Pacers de l'Indiana, Monroe réalise son meilleur match de la saison avec 27 points (à 11 sur 17 aux tirs) et 12 rebonds.
Le , Monroe est 6e dans les votes pour l'élection du rookie de l'année, derrière Gary Neal des Spurs de San Antonio.
Durant la saison 2011-2012, Monroe participe et est titulaire au cours de l'ensemble des 66 matchs de la saison. Le , il est sélectionné pour participer au Rising Stars Challenge lors du NBA All-Star Weekend. Monroe et son coéquipier Brandon Knight sont sélectionnés dans l'équipe de Shaq même s'ils n'ont pas été draftés la même année.
Durant la saison 2013-2014, Monroe termine sa troisième saison consécutive avec plus de 1 000 points et 600 rebonds, rejoignant ainsi Grant Hill qui était le seul Piston à réaliser cela depuis 1994-1995.
Le , les Pistons proposent une qualifying offer de 5,4 millions de dollars à Monroe, ce qui lui permet de signer où bon lui semble la saison suivante. Le , il accepte l'offre des Pistons et devient agent libre unrestricted en 2015. Le lendemain, la NBA suspend Monroe qui n'est pas payé pour les deux premiers matchs de la saison pour conduite avec facultés affaiblies en [3].
Le , lors de la victoire des siens 98 à 88 contre les Nuggets de Denver, il termine le match avec 21 points et 21 rebonds, le premier de sa carrière avec au moins 20 points et 20 rebonds.
Bucks de Milwaukee (2015-2017)
Le , il signe chez les Bucks de Milwaukee pour un montant de 60 000 000 $ sur 3 ans[4].
Le , il fait ses débuts avec les Bucks lors du match d'ouverture de l'équipe contre les Knicks de New York ; il termine la rencontre avec 22 points et 14 rebonds mais son équipe s'incline 122 à 97. Entre le et le , Monroe joue douze matches en tant que remplaçant puisque son entraîneurJason Kidd essaie de trouver le bon 5 majeur[5],[6]. Lors de son premier match en tant que remplaçant, il réalise son meilleur match de la saison avec 29 points et 12 rebonds dans la victoire 112 à 111 contre les Celtics de Boston. Le , Monroe redevient titulaire lors d'un match contre le Heat de Miami.
Le , il s'engage pour une saison avec le club allemand du Bayern Munich[12].
Au mois de , il signe un contrat d'une saison avec le Khimki Moscou[13]. En janvier 2021, alors que les résultats du Khimki sont mauvais, Monroe est licencié[14].
Retour aux États-Unis (2021-2022)
Fin décembre 2021, après une expérience avec le Go-Go de Capital City, il est rappelé en NBA par les Timberwolves du Minnesota pour un contrat de 10 jours[15]. Le 6 janvier 2022, il signe pour 10 jours avec les Wizards de Washington[16]. Monroe retourne ensuite au Go-Go avant de revenir aux Bucks de Milwaukee où il signe un contrat de 10 jours début février[17]. Fin mars 2022, il signe pour 10 jours en faveur du Jazz de l'Utah. Le 7 avril 2022, il revient aux Timberwolves du Minnesota jusqu'à la fin de saison[18].
Départ pour la Chine (depuis 2022)
En , Monroe quitte les États-Unis pour rejoint les Shanxi Loongs, un club du championnat chinois[19].
