DeChambeau zadebiutował na PGA Tour jako amator w czerwcu 2015 roku na FedEx St. Jude Classic w pobliżu Memphis w stanie Tennessee i zajął 45 miejsce. Zagrał w swoim pierwszym wielkim mistrzostwie w US Open
w Chambers Bay, ale ominął cięcie o cztery uderzenia. DeChambeau nie był w stanie obronić swojego tytułu NCAA w 2016 roku po tym, jak wydział sportowy SMU otrzymał zakaz postseason przez NCAA. Postanowił zrezygnować z sezonu seniorów, aby zagrać w kilku turniejach, zanim został zawodowcem. W listopadzie 2015 roku na Australian Masters DeChambeau był runner-upem wraz z Johnem Sendenem i Andrew Evansem, dwa strzały za zwycięzcą Peterem Seniorem. Był najniższym amatorem na Masters w 2016 roku i zajął 21 miejsce.