Goretzka werd op zesjarige leeftijd opgenomen in de jeugdopleiding van VfL Bochum. Hij debuteerde op 4 augustus 2012 in het eerste elftal tijdens een wedstrijd in de 2. Bundesliga tegen Dynamo Dresden. Hij scoorde bij zijn debuut de gelijkmaker, waarna Bochum met 2-1 won. Hij groeide op zijn zeventiende uit tot basisspeler bij VfL Bochum en kwam dat seizoen 32 speelronden in actie.
Goretzka tekende in juni 2013 een vijfjarig contract bij Schalke 04. Hiervoor speelde hij in de volgende vijf seizoenen 116 wedstrijden in de Bundesliga. Nadat hij voor de winterstop van het seizoen 2013/14 voornamelijk invaller was, veroverde hij begin 2014 een basisplaats. Hij kwam dat seizoen ook voor het eerst uit in de UEFA Champions League. Een dijbeenblessure opgelopen tijdens een vriendschappelijke wedstrijd voorafgaand aan het seizoen 2014/15, kostte hem tot maart 2015 om te herstellen.[1] Goretzka groeide in het seizoen 2015/16 onder coach André Breitenreiter opnieuw uit tot basisspeler, waarna hij in 2016/17 onder Markus Weinzierl een sleutelspeler binnen het team werd. Hij eindigde in het seizoen 2017/18 met Schalke op de tweede plaats in de Bundesliga. Dat was de beste prestatie van de club in de vijf jaar dat hij deel uitmaakte van het team. Goretzka zelf maakte in zijn laatste halfjaar niet zijn prettigste periode bij Schalke mee. Nadat in januari 2018 bekend werd dat hij de club na afloop van het seizoen transfervrij zou verlaten voor Bayern München, keerden een deel van de supporters en clubleiding zich tegen hem.[2] Hij weigerde eerder om bij te tekenen bij Schalke om zo gratis weg te kunnen.[3]
Goretzka tekende in januari 2018 een contract van 1 juli 2018 tot en met medio 2022 bij Bayern München. Dat kon hem op die manier transfervrij inlijven, omdat zijn contract bij Schalke afliep.[4] Hij veroverde onder coach Niko Kovač aan het begin van het seizoen een basisplaats. Goretzka won in zijn eerste jaar met Bayern het landskampioenschap, de nationale beker en de DFL-Supercup 2018, zijn eerste prijzen met een club.
Goretzka maakte eveneens deel uit van de Duitse selectie, die onder leiding van bondscoach Joachim Löw deelnam aan het WK 2018 in Rusland. Daar werd Die Mannschaft voortijdig uitgeschakeld. De ploeg strandde voor het eerst sinds het wereldkampioenschap 1938 in de groepsfase, na nederlagen tegen Mexico (0–1) en Zuid-Korea (0–2). In groep F werd alleen van Zweden (2–1) gewonnen. Goretzka speelde mee in een van de drie groepswedstrijden, maar werd voortijdig naar de kant gehaald.