López va començar a jugar a tennis a l'edat de 8 anys i va esdevenir professional el 1999. Fins al moment, el seu millor rànquing mundial ha estat la posició 106 al 2004. Inicialment es va centrar en la seva carrera individual, ja que en dobles no aconseguia bons resultats. Més endavant, això va canviar i va començar a guanyar títols challengers, fet que li va permetre disputar algun torneig ATP. El 2004 va arribar a la final a l'Open de Tenis Comunidad Valenciana fent parella amb Feliciano López.
El 2008 va disputar el Torneig Comte de Godó superant la primera ronda i també es va qualificar per entrar al quadre final de Roland Garros. El 2009 va guanyar el seu primer títol ATP de dobles a Doha fent parella amb Rafael Nadal.
El 2010 va tenir més presència en el circuit exclusivament en categoria de dobles. Novament amb Nadal va aconseguir l'èxit més important de la seva carrera guanyant el Masters d'Indian Wells superant també a Daniel Nestor i Nenad Zimonjic. Pocs mesos després va guanyar dos torneigs més junt a David Marrero a Estoril i Hamburg. Abans d'acabar la temporada fou finalista a Montpeller amb Eduardo Schwank de parella.
Malgrat no tenir una parella fixa en el circuit, López va seguir la seva progressió en resultats i assentant-se en el circuit de dobles. Acompanyà novament a Nadal a Doha perquè aquest seguís amb la seva preparació d'inici de temporada i aconseguiren el títol per segona vegada. Fins a final de temporada no aconseguí cap títol però si que disputà tres finals més. Un mes després disputà la final de Zagreb amb la companyia de Marcel Granollers. Amb Marrero repetiren la final d'Estoril on defensaven el títol però no aconseguiren el mateix èxit. A l'estiu repetí amb Granollers a Stuttgart arribant a la final.
A la temporada 2012 ja s'assentà la parella amb Granollers i disputaren conjuntament tota la temporada amb diversos èxits. La primera final que disputaren fou a Acapulco però no es pogueren imposar a Marrero i Fernando Verdasco. Va fer un parèntesis per disputar el Masters d'Indian Wells amb Nadal, i s'imposaren en la final per segona ocasió. Amb Granollers van caure en la final del Comte de Godó i per fi aconseguiren el primer títol de l'any conjuntament, i fou el Masters de Roma. No pogué disputar al Roland Garros a causa d'una lesió malgrat ser una de les parelles favorites. Posteriorment foren finalistes a Umag, novament superats per Marrero i Verdasco, i la setmana següent s'imposaren en la final de Gstaad. En el Masters del Canadà celebrat a Toronto avançaren fins a la final però van caure davant els germans Bob i Mike Bryan. El colofó a la temporada fou que es van classificar per disputar l'ATP World Tour Finals per primera ocasió. Van guanyar dos partits de la fase prèvia contra els germans Bryan i contra Jean-Julien Rojer i Aisam-Ul-Haq Qureshi, i es van classificar per les semifinals. Allà van guanyar a Jonathan Marray i Frederik Nielsen, i en la final van derrotar la parella índia Mahesh Bhupathi i Rohan Bopanna, aconseguint el títol per primera vegada per uns tennistes catalans des de Joan Gisbert l'any 1975. Va acabar la temporada amb un registre de 48 victòries i 21 derrotes amb quatre títols de vuit finals, i escalant fins a la sisena posició del rànquing mundial de dobles. El capità de l'equip espanyol de la Copa Davis va confiar en ells per disputar les quatre rondes de l'edició de 2012, ja que l'equip va arribar a la final, però només aconseguiren una victòria en la primera i l'equip no aconseguí imposar-se en la final.