Hizo su debut con la filial del club, el Teleoptik en la temporada 2011-12, anotando siete goles en 25 partidos de liga.

Tres días más tarde, marcó su primer gol en la liga en un partido en casa contra el Jagodina.

Hizo su debut el 9 de agosto cuando Newcastle comenzó la temporada con un empate 2-2 ante Southampton en St James 'Park, jugando los últimos 15 minutos en lugar de Papiss Cissé.

Comenzó la temporada 2017-18 Mitrovic tenía todas las papeletas para abandonar el conjunto del norte de Inglaterra pero se vio obligado a quedarse debido a los pocos delanteros que tenía el club.

Hizo una buena pretemporada marcando 3 goles en 4 partidos pero seguía siendo descartado para próxima temporada debido a la contratación de Joselu procedente del Stoke City.

Apenas jugó en el equipo de Rafa Benítez en la primera parte de la temporada, Mitrović hizo su debut en la EFL Cup contra Nottingham Forest el 23 de agosto marcando el primer gol del partido que al final acabó perdiendo su equipo por 2-3 en un partido que acabó en prórroga.

Tras esta sanción no volvió a aparecer hasta la jornada 9 ante el Crystal Palace.

También disputó partidos conta Watford, Manchester United, West Bromwich Albion y Leicester City.

Al término del partido dijo Mitrović "Fulham es mejor que el Newcastle".

Hasta la fecha ha jugado 8 partidos y ha marcado 7 goles siendo el segundo máximo goleador del equipo por detrás del joven Ryan Sessegnon con 14 goles.

Un mes más tarde volvería al conjunto londinense, en esta ocasión, a título definitivo.

[15]​ Él jugó 69 minutos en su debut y se ganó una tarjeta amarilla tras pisar el pie de Axel Witsel, antes de ser sustituido por Marko Šćepović.

Hasta la fecha ha llegado a las 69 internacionalidades y anotando 44 goles en todas las competiciones.

[16]​ Jugó los tres partidos de Serbia, anotando un gol contra Suiza.