En dobles ha ganado 24 títulos, incluyendo 2 Grand Slams, el Abierto de Estados Unidos y Roland Garros, así como dos veces el WTA Tour Championships, teniendo como compañera a la estadounidense Lisa Raymond.

A pesar de sus múltiples éxitos en dobles, en la actualidad la australiana está más centrada en individuales.

También alcanzó por primera vez las semifinales de Grand Slam en junio de 2009 en Roland Garros, derrotando a Yelena Dementieva por el camino, pero cayendo ante Svetlana Kuznetsova, y victorias sobre ocho jugadoras que han llegado a ser números 1 del mundo: Dinara Sáfina, Serena Williams, Lindsay Davenport, Caroline Wozniacki, Jelena Jankovic, Justine Henin, Amélie Mauresmo, y Ana Ivanović.

Durante el torneo estableció otros récords como derrotar a Nadia Petrova 7-6(5), 6-7(5), 7-5 en el partido femenino más largo en este torneo desde que se implantó la muerte súbita, y jugar la muerte súbita más larga (32 puntos) en un partido femenino de Grand Slam en cuarta ronda, donde derrotó a Maria Kirilenko 6-2, 6-7(15), 6-3.

Esta fue su octava derrota consecutiva en los cinco meses desde su victoria sobre Camila Giorgi en el US Open de 2016.

Luego cayó ante Heather Watson en la primera ronda del Abierto de Australia 2017, en tres sets.

En Madrid, Stosur cayó en tercera ronda ante la cuarta cabeza de serie Simona Halep, tras derrotar a Sara Sorribes Tormo y Mariana Duque Mariño.

[3]​ Stosur ganó su noveno título de la WTA en Estrasburgo, derrotando a su compatriota australiana Daria Gavrilova en la final.

Luego derrotó a Bethanie Mattek-Sands en dos sets, pero perdió en la cuarta ronda ante la eventual campeona Jeļena Ostapenko.

Esto resultó en que perdiera su clasificación número 1 de mujeres australianas ante Daria Gavrilova.

Y, desafortunadamente, Stosur se perdió la temporada sobre césped debido a una fractura por estrés en la mano.

[12]​ En dobles mixtos, ella y su compatriota, Matthew Ebden, llegaron a la final donde perdieron ante Barbora Krejčíková/Rajeev Ram.

En el Campeonato de Wimbledon 2022 llegó a la final en dobles mixtos con Matthew Ebden, pero perdió ante los campeones defensores Desirae Krawczyk y Neal Skupski,[18]​ con ese torneo despediría la temporada, ya mermada y sobre todo ya acosada por las lesiones.