Verlander studiował na Old Dominion University, gdzie w latach 2002–2004 grał w baseballowej drużynie uniwersyteckiej; w pierwszym sezonie został wybrany najlepszym debiutantem w CAA[1]. W 2003 roku zdobył wraz z drużyną narodową srebrny medal na Igrzyskach Panamerykańskich[1].
W drafcie 2004 roku został wybrany w pierwszej rundzie z numerem drugim przez Detroit Tigers[2]. Zawodową karierę rozpoczynał w klubach farmerskich Tigers, między innymi w Lakeland Tigers, gdzie przy statystykach 9–2 W–L i 1,67 ERA został wybrany przez klub Detroit Tigers najlepszym zawodnikiem sezonu w Minor League Baseball[3]. W MLB zadebiutował 4 lipca 2005 w przegranym 0–6 meczu przeciwko Cleveland Indians[4][5]. W 2006, pierwszym pełnym sezonie rozegrał 30 meczów, gdzie miał 17–9 W–L i 3,63 ERA i został wybrany najlepszym debiutantem w MLB[3][4]. W tym samym roku wystąpił w 1. meczu World Series; ostatecznie Tigers ulegli St. Louis Cardinals w pięciu meczach[6].
W marcu 2013 podpisał nowy, pięcioletni kontrakt wart 140 milionów dolarów, który będzie obowiązywać w latach 2015–2019; jeśli w 2019 w głosowaniu do nagrody Cy Young Award zajmie miejsce w pierwszej piątce, kontrakt zostanie przedłużony o kolejny sezon[14]. W lipcu 2013 nie wystąpił w All-Star Game z powodu kontuzji; zastąpił go Chris Tillman z Baltimore Orioles[15]. 12 kwietnia 2014 w meczu międzyligowym z San Diego Padres na Petco Park zaliczył pierwsze uderzenie w MLB; mecz rozgrywany był na stadionie zespołu z National League i wedle reguł tej ligi miotacz figuruje na liście pałkarzy w odróżnieniu od zasad American League, w której w miejsce miotacza wystawiany jest designated hitter[16].
31 sierpnia 2017 w ramach wymiany zawodników przeszedł do Houston Astros[19]. 14 października 2017 rozegrał pełny mecz numer 2 ALCS przeciwko New York Yankees. W wygranym przez Astros spotkaniu zaliczył 13 strikeoutów. W meczu numer 6 zaliczył siedem zmian bez oddania runa, a Astros pokonali Yankees 7–1 i wyrównali stan w serii na 3–3. Verlander w ALCS zaliczył 21 strikeoutów, zanotował dwa zwycięstwa przy wskaźniku ERA 0,56 i został wybrany najbardziej wartościowym zawodnikiem ALCS[20].
1 września 2019 w meczu przeciwko Toronto Blue Jays Verlander został szóstym w historii MLB miotaczem, który rozegrał w swojej karierze trzeciego no-hittera[21]. 29 września 2019 w ostatnim dniu sezonu zasadniczego i meczu z Los Angeles Angels został osiemnastym w historii MLB miotaczem, który osiągnął pułap 3000 strikeoutów. W tym samym spotkaniu zaliczył również 300. strikeout w sezonie[22]. Za swoją postawę w sezonie 2019, został po raz drugi w swojej karierze wybrany najlepszym miotaczem w American League i otrzymał nagrodę Cy Young Award[23].