Kroos è diventato il nono giocatore tedesco, dopo Günter Netzer, Paul Breitner, Uli Stielike, Bernd Schuster, Bodo Illgner, Christoph Metzelder, Mesut Özil e Sami Khedira, a unirsi al Real Madrid. Nella sua presentazione di fronte a 8.000 tifosi, ha dichiarato che il Real Madrid è la "più grande squadra del mondo" ed è "un taglio sopra il Bayern". Ha giocato la sua prima partita contro il Siviglia nella Supercoppa UEFA 2014.
Il 12 agosto 2014 ha vinto il suo primo trofeo al Real Madrid.