Au cours de sa carrière dans la NFL (de 1996 à 2010), Owens a fait preuve de beaucoup de talent dans les cinq équipes pour lesquelles il a joué. Cependant, il a suscité encore plus de controverses (arguments). Owens était connu pour ses propos orduriers, ses célébrations de touchdown (souvent plus pour se frotter à l'adversaire que pour mettre sa propre équipe à feu et à sang), et ses spectacles hors champ, où il a aidé plusieurs entraînements sans chemise, animé une émission de télé-réalité (The T.O. Show), et a servi de modèle à des entreprises de vêtements. Malgré toute l'attention qu'il a reçue, Owens n'a jamais gagné un Super Bowl. Owens est le seul joueur à avoir marqué dans les 32 équipes de la ligue. (Il a en fait marqué sur toutes les équipes au moins deux fois).
San Francisco 49ers
Owens a été repêché par les 49ers de San Francisco lors du 3e tour de la sélection de la NFL en 1996. Cela a permis à Owens de s'allier à Jerry Rice. Le premier but de la carrière d'Owens est un touchdown de 45 yards de Steve Young contre les Bengals de Cincinnati, ce qui lui permet de remporter le match. Owens s'est ensuite imposé comme la première menace à San Francisco.
En 2000, Owens s'est moqué (taquiné) des Cowboys de Dallas après avoir marqué deux fois par le quarterback Jeff Garcia. Comme les Cowboys étaient à la maison, Owens a fêté l'étoile de Dallas à deux reprises. Le runningback des Cowboys, Emmitt Smith, s'est alors retrouvé à claquer son casque sur le gazon pour se venger après avoir lui-même marqué. Owens a marqué une deuxième fois et est retourné sur la star. Cependant, le défenseur George Teague a fait tomber Owens. Owens a été appelé pour conduite antisportive et a été suspendu pendant une semaine par son entraîneur-chef, tandis que Teague a été expulsé par les officiels.
Les moments suivants avec les 49ers incluent Owens qui attrape les pom-poms des pom-pom girls des 49ers et les acclame avec elles, et qui sort un sharpie de sa chaussette pour signer un ballon de touchdown.
Départ des 49ers
Après une prise de bec avec certains membres du front office des 49ers, Owens et l'équipe ont décidé de se séparer après la saison 2003. Le quarterback de Philadelphie Donovan McNabb voulait qu'Owens soit un Eagle, comme de nombreux fans des Eagles. Owens a en fait été échangé contre les Ravens de Baltimore, mais Owens a contesté le droit des 49ers à faire l'échange et a clairement indiqué qu'il ne voulait pas aller à Baltimore. Owens a finalement gagné le procès et a été envoyé aux Philadelphia Eagles après que les Ravens, les 49ers et les Eagles aient accepté un échange rare à trois équipes.
Aigles de Philadelphie
Owens a connu une excellente saison en 2004 sur le terrain (il a attrapé 14 DT), malgré une jambe cassée par Roy Williams, le gardien de sécurité des Cowboys. La principale célébration d'Owens a été de copier la danse du linebacker des Ravens, Ray Lewis, dans une victoire contre les Ravens. T.O. a aidé les Philadelphia Eagles à se qualifier pour le Super Bowl XXXIX. Cependant, la controverse d'Owens est à son apogée. Il se dispute à plusieurs reprises avec McNabb et la direction des Eagles. Il a été suspendu par Phili pendant la plus grande partie de la saison 2005. C'était la dernière fois qu'Owens était avec les Eagles.
Les Cowboys de Dallas
Owens a signé un contrat de trois ans avec les Dallas Cowboys en 2006. Owens (et la star du QB Tony Romo) a bénéficié de trois bonnes années. Les célébrations des touchdown avec les Cowboys ont été remarquables. Il dormait sur un ballon et prenait le popcorn d'un fan pour le jeter sur son masque. La seule autre forme de controverse pendant qu'Owens était avec les Cowboys a été lorsqu'il a craché au visage du cornerback DeAngelo Hall, qui, selon Owens, lui avait été "dans le visage toute la journée". Owens a été condamné à une amende, mais les deux joueurs se sont réconciliés avec l'aide de Deion Sanders. Owens a bien joué pendant le reste de son séjour à Dallas, mais il a été libéré après la saison 2008.
Factures sur les buffles
Owens a signé avec les Buffalo Bills en 2009. Il a assez bien joué pendant sa seule saison à Buffalo. Il a également réussi une passe de touché de 98 yards, une performance qui a marqué sa carrière. Owens, cependant, n'a pas produit comme Buffalo l'espérait lorsque les Bills l'ont payé, et il n'a donc pas démissionné. Cependant, on attribue à Owens le mérite de ne pas s'être plaint du tout publiquement, d'autant plus que cela aurait été très facile parce que les Bills se portaient si mal.
Bengales de Cincinnati
Avec les Bengals de Cincinnati, Owens et son ami Chad Ochocinco, qui ont eu le même genre de célébrations de touchdown, étaient dans la même équipe. Owens a mené les Bengals (y compris Ochocinco) avec 983 verges de réception, mais il a été blessé et a manqué les deux derniers matchs de la saison 2010. Owens n'a été autorisé à jouer qu'en octobre 2011. Personne n'a voulu le faire signer.
Allen Wranglers
Owens a signé avec les Allen Wranglers de la ligue de football en salle pour leur saison de printemps 2012. Il était également leur copropriétaire. Owens a réussi trois touchdowns lors de son premier match avec les Wranglers. Cependant, des rapports ont fait surface pendant cette période, indiquant qu'Owens était fauché.