Mahut è professionista dal 2000 e già nel 1999 vince il primo titolo in carriera nel torneo ITF di doppio France F8. L'anno successivo si aggiudica il primo titolo dell'ATP Challenger Tour in doppio a Contrexéville in coppia con Julien Benneteau. Il primo successo in singolare arriva nel 2001 al torneo ITF Luxembourg F1, mentre vince il primo torneo Challenger in singolare al Manchester Trophy 2003 con il successo in finale sul belga Gilles Elseneer. Dopo aver vinto in doppio sette tornei ITF e sei Challenger, nell'ottobre 2003 vince assieme a Benneteau il primo torneo del circuito ATP alla prima edizione dell'Open de Moselle ed entra nella top 100. Il mese successivo fa il suo ingresso anche nella top 100 del ranking di singolare.
Nel 2004 disputa in doppio due finali ATP, si conferma campione all'Open de Moselle e chiude la stagione al 27º posto mondiale. Apre il 2005 salendo al 25º posto in doppio, subisce poi una flessione in quella stagione e in quella successiva e scende nel ranking, nonostante i quarti raggiunti al Roland Garros 2006. Dopo che nel 2004 era uscito dalla top 100 in singolare, vi fa rientro nel 2006 vincendo tre titoli Challenger consecutivi e sale al 61º posto. Esce di nuovo dalla top 100 e vi rientra nel giugno 2007, quando sconfigge sull'erba dei Queen's Club Championships Rafael Nadal e Ivan Ljubičić e raggiunge la prima finale ATP in singolare in carriera, persa contro Andy Roddick. Perde la finale ATP sull'erba anche a Newport contro Fabrice Santoro e dopo altri buoni risultati sale al 45º posto. Quell'anno raggiunge in doppio i quarti agli Australian Open e le semifinali agli US Open, perde in finale al Thailand Open e rientra nella top 40.
All'inizio del 2008 porta il miglior ranking in singolare al 40º posto. Nel prosieguo della stagione non consegue grandi risultati e all'inizio del 2009 esce dalla top 100 in entrambe le specialità. Anche quella stagione si rivela mediocre e rientra nella top 100 di doppio a fine anno quando vince al Grand Prix de Tennis de Lyon il suo terzo titolo ATP. Dopo essere nuovamente uscito dalla top 100 di doppio, vi ritorna nel 2010 con tre titoli Challenger, ma non brilla nei circuito maggiore e in singolare. Nel 2011 risale nella top 100 in singolare con buone prestazioni soprattutto nei Challenger mentre delude in doppio e si riscatta a fine anno raggiungendo la sua prima finale in un Masters 1000, persa in coppia con Julien Benneteau al torneo di Parigi. Nel 2012 fornisce discrete prestazioni nel circuito maggiore in singolare e si mantiene nella top 100 fino a novembre. In doppio torna a vincere un torneo ATP dopo oltre due anni a febbraio a Montpellier in coppia con Édouard Roger-Vasselin, e si ripetono subito dopo vincendo anche a Marsiglia. Torna a mettersi in luce verso fine anno arrivando nei quarti agli US Open con Benneteau e vincendo a Metz assieme a Roger-Vasselin; risale nel ranking fino al 34º posto.
Nella prima parte del 2013 non consegue risultati di rilievo e il suo rendimento cambia in positivo dopo aver raggiunto in doppio la sua prima finale in uno Slam al Roland Garros, dove in coppia con Michaël Llodra viene sconfitto da Bob e Mike Bryan per 4-6, 6-4, 6-7 e sale al 32º posto mondiale. In singolare scende oltre il 200º posto e a giugno vince il Rosmalen Open, conquistando il suo primo titolo ATP in singolare in carriera con il successo in finale su Stan Wawrinka per 6-3, 6-4. Il mese dopo vince il suo secondo titolo a Newport battendo in finale Lleyton Hewitt e rientra nella top 100. A Newport vince anche il torneo di doppio assieme a Roger-Vasselin e risale alla 27ª posizione. Di rilievo a fine anno la semifinale in singolare e la finale in doppio raggiunte a Metz e un titolo Challenger in singolare.
Inizia bene il 2014 in doppio, raggiunge con Llodra per la prima volta le semifinali agli Australian Open, perde la finale a Montpellier in coppia con Marc Gicquel, vince il suo primo torneo ATP 500 con Llodra al Rotterdam Open e dopo le buone prestazione nei primi due Masters 1000 stagionali negli Stati Uniti a maggio entra per la prima volta nella top 10, al 10º posto. Perde posizioni dopo l'eliminazione al terzo turno al Roland Garros ma ne recupera raggiungendo la sua prima semifinale al torneo di Wimbledon. Stenta in singolare, e ad agosto esce dalla top 100. A fine anno vince alcuni tornei Challenger. Nel 2015 inizia la stagione giocando in doppio con Pierre-Hugues Herbert e subito raggiungono la finale agli Australian Open, persa contro Simone Bolelli / Fabio Fognini. Perdono la finale anche al Rosmalen Open, dove invece si impone in singolare, confermandosi un giocatore temibile sui campi in erba. Vince con Herbert anche al Queen's e soprattutto agli US Open, dove conquista il primo titolo del Grande Slam sconfiggendo in finale Jamie Murray / John Peers per 6-4, 6-4. Perdono in finale a Metz e Mahut porta il miglior ranking al 9º posto. Accede per la prima volta alle ATP Finals, e viene eliminato con Herbert nel round robin. Di rilievo in singolare il quarto turno a Wimbledon, con cui si porta al 37º posto, che rimarrà il suo miglior ranking in singolare in carriera, e il terzo turno agli US Open.
I primi grandi risultati del 2016 arrivano al Rotterdam Open, perde la semifinale in singolare e vince il doppio in coppia con Vasek Pospisil. Riprende a giocare con Herbert e ha inizio un grande periodo in cui trionfano all'Indian Wells Open – nel suo primo successo in un Masters 1000 – e si ripetono nei Masters del Miami Open e di Monte Carlo. Riprendono a vincere in estate con i successi ai Queen's Club Championships e soprattutto al Torneo di Wimbledon, dove hanno la meglio in finale su Julien Benneteau / Édouard Roger-Vasselin per 6-4, 7-6, 6-3. A giugno sale per la prima volta al primo posto mondiale. Escono in semifinale agli US Open e perdono le finali ad Anversa e al Paris Masters. Per il secondo anno di fila escono nel round robin alle ATP Finals. In singolare si mette in luce con un nuovo successo al Rosmalen Open e il quarto turno a Wimbledon.
Dal 2017 in poi manifesta un vistoso calo di rendimento in singolare e comincia a dedicarsi di meno alla specialità, raccogliendo comunque ancora buoni risultati come la vittoria contro Wawrinka al torneo del Queen's 2019. Continua a cogliere i più grandi successi soprattutto nel doppio e nel 2017, dopo il successo all'Open 13 di Marsiglia con Benneteau, si aggiudica con Herbert i Masters 1000 di Roma, Montréal e Cincinnati. Nel 2018 trionfano al Rotterdam Open, all'Open di Francia, e con Roger-Vasselin vince a Metz e ad Anversa. Di nuovo con Herbert si impone agli Australian Open 2019, completando così il Career Grand Slam. Quello stesso anno vince assieme a Herbert anche il suo settimo Masters 1000 a Parigi e, per la prima volta, le ATP Finals, con la vittoria in finale su Raven Klaasen e Michael Venus, oltre a raggiungere la finale di Wimbledon con Roger-Vasselin.
Dopo un 2020 sotto tono, con tre titoli ATP ma nessun quarto di finale Slam, vince il suo quinto torneo del Grande Slam all'Open di Francia 2021, di nuovo in coppia con Herbert, assieme al quale a fine anno trionfa per la seconda volta alle ATP Finals. Nell'ottobre 2022 vince il suo 37º ATP al Firenze Open in coppia con Roger-Vasselin. Nel 2023 disputa tre finali tra cui quella al Masters di Miami con Austin Krajicek, ma non conquista nessun titolo, mentre nei tornei Slam raggiunge la semifinale agli US Open con Herbert.
Nel 2024 gioca con vari compagni e non raggiunge nessuna finale nel circuito maggiore (una invece a livello Challenger con Quentin Halys), subendo poi un infortunio al gomito a Wimbledon che lo tiene fuori dalle competizioni per tutto il resto dell'anno. Durante l'inattività lavora come allenatore di Adrian Mannarino.[1]
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Francia
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Rosmalen Open, 's-Hertogenbosch (1)
Stan Wawrinka
Hall of Fame Tennis Championships, Newport
Lleyton Hewitt
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David Goffin
Gilles Müller
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Queen's Club Championships, Londra
Giochi Olimpici
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Nicolas Mahut
Wikinotizie contiene l'articolo Tennis, Wimbledon 2010: Mahut-Isner, match infinito, 23 giugno 2010
