Peter Gojowczyk remporte deux tournois Futures au Mexique en 2007 puis cinq autres en 2008. En 2010, il atteint le premier tour du tournoi de Munich où il est battu par Márcos Baghdatís. En , il atteint sa première finale en Challenger à Manerbio.
En 2012, il confirme ces bonnes performances en se qualifiant pour le tableau principal de l'Open d'Australie où il est battu par Donald Young en cinq sets. En septembre, il remporte son premier Challenger à Ningbo contre le modeste Sud-Coréen Jeong Suk-young[1], après avoir été finaliste à Shanghai contre Lu Yen-hsun. En 2013, il est finaliste à Oberstaufen, puis il atteint le second tour à l'US Open en éliminant Igor Sijsling avant de céder en cinq sets contre Evgeny Donskoy.
C'est à Doha, début 2014 qu'on entend réellement parler de lui. Issu des qualifications, il y réalise un beau parcours en éliminant son compatriote Philipp Kohlschreiber, 22e mondial, au second tour, suivi de Dustin Brown en quart. Il atteint les demi-finales où il rencontre le no 1 mondial Rafael Nadal. Il s'incline (6-4, 2-6, 3-6) face à ce dernier en parvenant à remporter un set après un bon match de sa part[2]. Il remporte ensuite son second titre en Challenger à Heilbronn[3]. Début avril, à la suite des forfaits des trois meilleurs joueurs allemands pour la Coupe Davis (Tommy Haas, Philipp Kohlschreiber et Florian Mayer), il est sélectionné par le capitaine de l'équipe Carsten Arriens alors qu'il n'est que le 10e joueur allemand. Pour son premier match dans cette compétition, il crée la sensation en battant le 12e joueur mondial Jo-Wilfried Tsonga en 5 sets et plus de 4 heures de jeu (5-7, 7-63, 3-6, 7-68, 8-6)[4], dans un match où il a produit un très bon niveau de jeu, et où il a montré son esprit de combativité dans la dernière manche en résistant aux assauts du Français alors qu'il était au bord du gouffre à cause de crampes[5]. Il perd en revanche son second simple contre Gaël Monfils (6-1, 7-60, 6-2). Sur gazon, il se distingue par un quart de finale à Halle grâce à un succès sur Milos Raonic, tandis que sur dur, il accède au deuxième tour de l'US Open où ce dernier prend sa revanche (7-64, 5-7, 6-4, 7-63), ainsi qu'à Pékin. Début novembre, il remporte le tournoi de Bratislava.
Absent pendant 4 mois début 2015 à la suite d'une blessure contractée à l'Open d'Australie, il réalise cette année-là son principal résultat sur le circuit Challenger, à savoir un titre à Nanchang. En 2016, hormis un huitième de finale au tournoi ATP de Metz, il ne fait pas mieux qu'une demi-finale, atteinte à quatre reprises (Manchester, Winnetka, Winnipeg et Mouilleron-le-Captif).
Il réapparaît dans le top 100 en 2017 grâce à de bons résultats obtenus en début d'année : victoire à Happy Valley et finale à Quimper. Il s'illustre également sur gazon avec un deuxième tour à Wimbledon puis une demi-finale à Newport en écartant en quart Ivo Karlović (7-65, 6-71, 7-64). Mi-septembre, il remporte le 1er titre de sa carrière à Metz, issu des qualifications. Il devient ainsi le 1er qualifié à triompher dans un tournoi du circuit ATP depuis Nicolas Mahut, qui avait remporté celui de Bois-le-Duc en 2015[6]. Au cours de ce tournoi, il écarte notamment Gilles Simon au premier tour et profite de l'abandon de Mischa Zverev en demi-finale puis bat Benoît Paire en finale (7-5, 6-2).
En 2018, quart de finaliste à Doha puis Auckland, il atteint ensuite sa seconde finale sur le circuit ATP à Delray Beach, qu'il perd contre Frances Tiafoe. Le , il échoue en finale du tournoi de Genève, battu par le Hongrois Márton Fucsovics (6-2, 6-2)[7], après avoir battu Fabio Fognini en demi-finale. Il connait ensuite une saison 2019 compliquée avec pour seul résultat significatif une demi-finale à Winston-Salem où il bat notamment Andrey Rublev et Milos Raonic. En 2021, il est demi-finaliste à Montpellier et quart de finaliste à Newport. C'est cependant à l'US Open qu'il se distingue particulièrement en se qualifiant à 32 ans pour son premier huitième de finale dans un tournoi du Grand Chelem après avoir battu le 26e mondial Ugo Humbert au premier tour (1-6, 6-1, 6-2, 5-7, 6-4) ainsi que Dušan Lajović et Henri Laaksonen[8].
Il annonce sa retraite de tennisman professionnel sur les réseaux sociaux le 5 novembre 2023.
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