DeChambeau maakte zijn PGA Tour debuut als amateur in juni 2015 op de FedEx St. Jude Classic in de buurt van Memphis, Tennessee, en eindigde op de 45e plaats. Hij speelde in zijn eerste grote kampioenschap op de US Open
in Chambers Bay, maar miste de cut met vier slagen. DeChambeau was niet in staat om zijn NCAA-titel in 2016 te verdedigen nadat de SMU atletiekafdeling een postseasonverbod kreeg van de NCAA. Hij besloot om zijn senior seizoen af te zien om te spelen in een aantal evenementen voordat hij professioneel werd. Bij de 2015 Australian Masters in november, DeChambeau was runner-up met John Senden en Andrew Evans, twee schoten achter de winnaar Peter Senior. Hij was de laagste amateur bij de Masters in 2016 en stond gelijk op de 21e plaats.