2015年12月升入中国国家乒乓球队一队。2017年12月与薛飞获2017世界青少年锦标赛男双冠军 。2019年4月27日，搭档马龙获得世界乒乓球锦标赛男双冠军 。2021年7月入选2020年东京奥运会中国体育代表团乒乓球项目运动员名单；9月获第十四届全运会男双冠军 ；2021年11月休斯顿世乒赛混双搭档孙颖莎夺得混双金牌 。2022年1月获WTT澳门冠军赛男子单打冠军；10月获成都第56届世界乒乓球团体锦标赛冠军 、WTT澳门冠军赛男子单打冠军、新乡WTT世界杯男子单打冠军。
2023年4月获2023年WTT冠军赛澳门站男单冠军 ；9月获杭州第19届亚运会乒乓球男子团体、混双、男单、男双冠军 。2024年2月获釜山世乒赛团体赛男子团体决赛冠军；5月获2024年WTT沙特阿拉伯大满贯男单、男双、混双冠军 。2024年巴黎奥运会入选中国国家乒乓球队大名单，出战男单、男团以及混双项目 。2024年7月获巴黎奥运会乒乓球混双冠军 ，8月获巴黎奥运会乒乓球男子团体冠军 ，11月夺得WTT总决赛男单冠军 。
2025年1月1日，乒超男团决赛，王楚钦夺得冠军。 2月8日，获得WTT新加坡大满贯男双冠军。 2月，获得亚乒联盟亚洲杯男单冠军。5月，获得2025年世界乒乓球锦标赛男单冠军。 7月14日，获得WTT美国大满贯男单冠军。 8月10日，王楚钦收获个人WTT系列赛的第100场单打胜利。