Courtoisek Genk-en gaztetxoen sisteman egin zuen aurrera, eta 18 urterekin, garrantzi handiko papera jokatu zuen Belgikako Liga Profesionalaren garaipenean. 2011ko uztailean Chelsearekin bat egin zuen 8 milioi liberagatik, eta berehala Atlético Madrilera maileguz joan zen. Han hiru denboralditan irabazi zuen Europa League 2012an.
Copa del Rey 2013an eta La Liga 2014an. La Ligako atezain onenaren Ricardo Zamora Trofeoa ere irabazi zuen, azken bi denboraldietako emanaldiengatik. Courtois 2014ko uztailean itzuli zen Chelseara, eta bere lehen denboraldian Liga Kopa eta Premier League irabazten lagundu zien. Bi urte geroago, Premier League Urrezko Eskularrua irabazi zuen Chelseak liga berriro irabazi zuenean. 2018an, Real Madrilek Courtois kontratatu zuen 35 milioi liberagatik, La Ligako atezain garestiena bihurtuz, Jan Oblak-ek ezarritako errekorra gaindituz. La Ligako bigarren titulua eta Zamora hirugarren trofeoa irabazi zituen 2020an.