Inizia a rappresentare l'Australia esclusivamente nei tornei del Grande Slam a partire dallo US Open 2014; dal 2018, completato il processo di ottenimento della cittadinanza australiana, le viene garantito di competere per la nazione in tutti i tornei del WTA Tour. Nel corso della sua carriera, ha disputato quattro finali a livello WTA e tre quarti di finale a livello Slam, di cui due consecutivamente a Wimbledon 2021 e Wimbledon 2022 e uno allo US Open 2022. Ha vinto nel 2023 e 2024 due tornei del circuito WTA 125. Ha ottenuto come best ranking la 32ª posizione nell'aprile 2023.
Biografia I suoi genitori sono Ratko, vincitore dell'europeo di pallamano nel 1992 e nel 1993, ed Emina Tomljanović, di origini bosniache. Incominciò a praticare lo sport all'età di sei anni. Tomljanović, Ajla (CRO) su ITF tennis.com Nel 2015 intraprende una relazione con il tennista australiano di origini greco-malesi Nick Kyrgios. Dopo la rottura con quest'ultimo, dal 2019 al 2022, ha avuto una relazione sentimentale con il tennista italiano Matteo Berrettini.
Juniores Nell'Australian Open 2009 venne eliminata nel primo turno mentre nel doppio dello stesso anno vinse il torneo insieme con Christina McHale sconfiggendo in finale con il punteggio di 6-1, 2-6, 10-4 Aleksandra Krunić e Sandra Zaniewska.
Durante gli Open di Francia 2009 giocò in coppia con Ana Bogdan e vennero sconfitte da Martina Trevisan e Ksenia Kirillova, mentre nell'edizione singolo venne sconfitta da Bianca Botto. Nell'US Open 2009 partecipò in coppia con Tímea Babos senza successo; e nell'US Open 2008 si fermò come singolarista al terzo turno, venendo sconfitta da Gail Brodsky.
2014: ottavi al Roland Garros e Top 50
Nel torneo di Shenzhen viene sconfitta nel primo turno da Annika Beck per 3-6 4-6. A Sydney, invece, supera il primo turno battendo Daniela Hantuchová con il punteggio 6-4 7-5, prima di venire sconfitta da Madison Keys per 0-6 6-3 6-7. Agli Australian Open supera Tadeja Majerič per 3-6 7-6 6-4, per poi venire rimontata da Sloane Stephens per 6-3 2-6 5-7.
Nel torneo di Acapulco raggiunge i quarti di finale perdendo contro Zhang Shuai per 1-6 7-5 2-6. A Indian Wells raggiunge il secondo turno dovendo arrendersi alla Stephens; mentre a Miami viene sconfitta da Varvara Lepchenko in un match lottato (4-6 7-6 6-7). Nel torneo di Charleston viene sconfitta da Jelena Janković per 5-7 1-6.
Agli Open di Francia riesce sorprendentemente ad arrivare agli ottavi di finale, battendo: Francesca Schiavone, Elena Vesnina e Agnieszka Radwańska; prima di perdere contro Carla Suárez Navarro. Grazie a questo risultato migliora il suo ranking di 19 posizioni, arrivando fino alla 51ª posizione. La stagione sull'erba è piuttosto povera di risultati, perdendo sempre al primo turno. Agli US Open viene sconfitta nuovamenta dalla Suarez Navarro nel primo turno. Conclude la stagione senza risultati di grande rilievo spingendosi poche volte fino al secondo turno. Chiude al 63º posto della classifica mondiale.
2015: prima finale WTA
Nel torneo di Brisbane ottiene la sua più importante vittoria estromettendo la ex numero uno del mondo e n° 6 del seeding, Jelena Janković, per 7-6 6-0. Nonostante ciò, esce di scena nel turno successivo contro Elina Svitolina. Agli Australian Open, dopo aver estromesso in tre sets Shelby Rogers, viene sconfitta nel secondo turno da Varvara Lepchenko per 1-6 6-7. La Tomljanovic ottiene la prima finale WTA della carriera il 15 febbraio 2015 nel Pattaya Open. Nell'ultimo atto viene sconfitta da Daniela Hantuchova, con lo score di 3-6 6-3 6-4. Nel corso del torneo elimina: Elizaveta Kuličkova, Jarmila Gajdošová, Evgenija Rodina e Mónica Puig.
Nella stagione sulla terra battuta raggiunge un secondo turno nel torneo di Charleston venendo sconfitta da Andreea Mitu con un doppio 2-6 e a Madrid, dove viene eliminata da Viktoryja Azaranka con un doppio 3-6. Raggiunge i quarti di finale a Strasburgo fermando Shelby Rogers e Madison Brengle, prima di venire sconfitta da Samantha Stosur per 4-6 6-3 4-6. Prende parte al Roland Garros dove non riesce a ripetere gli ottavi di finale venendo sconfitta nel secondo turno da Angelique Kerber per 3-6 2-6. Partecipa al torneo di Nottingham dove viene sconfitta nel primo turno da Lauren Davis per 6-4 6-7 5-7. Esce di scena subito anche a Birmingham, mentre a Eastbourne non supera le qualificazioni.
Nello Slam londinese si impone su Klára Koukalová, per poi perdere contro Agnieszka Radwańska, la quale le lascia solamente due games. Nel torneo di Stanford raggiunge i quarti di finale sconfiggendo Vitalija D'jačenko per 3-6 6-0 6-0 e Madison Keys per 6-1 4-6 6-1. Viene poi fermata da Karolína Plíšková in due facili set (2-6 4-6). Agli US Open viene sconfitta da Karin Knapp nel primo turno per 7-6 2-6 4-6. Raggiunge la semifinale nel torneo di Tokyo imponendosi su: Tímea Babos, Kimiko Date e Madison Brengle; viene fermata nella sua corsa al titolo da Yanina Wickmayer per 5-7 2-6. Conclude la stagione partecipando al torneo di Seoul, Wuhan e Pechino. Nel torneo coreano viene sconfitta dalla Date che rifà per 1-6 2-6; a Wuhan, dopo essersi qualificata, viene estromessa da Belinda Bencic con un doppio 5-7. Nell'ultimo torneo non va oltre le qualificazioni perché è costretta al ritiro. Chiude l'anno al 66º posto della classifica.
2016-2017: infortunio e rientro Incomincia l'anno partecipando al torneo di Brisbane, ma viene sconfitta nettamente da Carla Suárez Navarro per 1-6 2-6. Agli Australian Open non fa meglio, in quanto viene sconfitta da Kateryna Bondarenko per 6-7 3-6. Conclude prematuramente la sua stagione a causa di un brutto infortunio alla spalla che la costringe a uno stop di 14 mesi. Di conseguenza, scivola alla posizione n° 930.
Ritorna a giocare nel torneo di Acapulco eliminando Eugenie Bouchard per 7-6 6-1, per poi ritirarsi sul 5-7 per la belga Kirsten Flipkens nel secondo turno. Agli Indian Wells si arrende in due set a Julia Görges; mentre a Miami raggiunge il terzo turno eliminando al terzo set Magda Linette ed Elena Vesnina, prima di perdere nettamente contro Lucie Šafářová. Disputa alcuni tornei ITF raggiungendo la semifinale solo in uno. Nel torneo di Norimberga viene sconfitta nuovamente dalla Flipkens, ma stavolta la tennista australiana le dà del filo da torcere in quanto si aggiudica il secondo parziale (2-6 6-4 3-6). Nell'Open di Francia viene sconfitta da Kiki Bertens, la quale prevale totalmente nel secondo e nel terzo set imponendosi con il risultato di 6-4 1-6 1-6. Partecipa nel torneo croato di WTA 125k, ma viene sconfitta al primo turno da Maria Sakkarī per 4-6 6-4 1-6. Disputa due tornei ITF arrivando in semifinale e in finale, senza vincere il titolo. Nel torneo di Stanford è costretta al ritiro nel primo turno sul punteggio di 2-6 per la statunitense Coco Vandeweghe.
Agli US Open estromette Johanna Larsson per 7-5 6-4, per poi soccombere ad Aleksandra Krunić per 3-6 2-6. Non supera le qualificazioni nel torneo del Quebec. Disputa il torneo di Linz imponendosi per 3-6 6-4 6-1 su Mónica Puig, ma senza riuscire a superare la rinata Mihaela Buzărnescu, che si impone per 6-4 6-7 1-6. Non va oltre il primo turno nel torneo di Lussemburgo, dove a fermarla c'è Alison Van Uytvanck. Parte a due tornei ITF arrivando nei quarti di finale e in finale, nuovamente senza riuscire a vincere. Nel torneo WTA 125s di Honolulu disputa i quarti di finale dopo aver sconfitto Kurumi Nara e Danielle Lao, prima di venire sconfitta in due set lottati da Rebecca Peterson. Finisce la stagione giocando nel torneo ITF negli Emirati Arabi; raggiunge la finale, ma è costretta al ritiro dopo il primo parziale. Conclude la stagione al 118º posto.
2018: due finali WTA stagionali e ritorno in Top 50 Prende parte al torneo di Brisbane imponendosi al primo turno su Destanee Aiava per 6-1 6-4, prima di venire rimontata da Johanna Konta per 6-4 1-6 4-6. Agli Australian Open viene sconfitta da Lucie Šafářová per 5-7 3-6. Disputa una semifinale nel challenger di Newport Beach e nel challenger di Indian Wells venendo sconfitta da Danielle Collins per 4-6 3-6 e da Kateryna Bondarenko per 5-7 3-6. Agli Indian Wells è dodicesima testa di serie; supera agevolmente Mariana Duque Mariño per 6-3 6-0, per poi venire sconfitta in due sets da Sara Sorribes Tormo. A Miami, invece, si ferma nel secondo turno contro Sloane Stephens, che si impone per 1-6 3-6. Nel torneo di Monterrey si impone su Anna Karolína Schmiedlová per 4-6 6-1 7-6 e Anna Blinkova per 6-2 5-7 6-2; viene poi estromessa dalla futura vincitrice, Garbiñe Muguruza, la quale le lascia solamente tre game. A Istanbul si rifà sulla Van Uytvanck con un doppio 6-3, modo altrettanto netto è quello con cui viene sconfitta da Donna Vekić (1-6 2-6).
Ritorna a disputare una finale WTA a distanza di tre anni dall'ultima volta. Nel torneo di Rabat sconfigge: Sílvia Soler Espinosa per 6-2 3-6 6-1, Kirsten Flipkens per 6-3 6-2, Jana Fett per 3-6 6-3 6-3 e Aleksandra Krunić per 7-5 6-2. In finale non può fare nulla contro la belga Elise Mertens, la quale la batte per 2-6 6-7. Negli Internazionali d'Italia si rifà su Magda Linette per 6-2 3-6 6-4 e supera Zarina Dijas per 7-6 6-3. Tuttavia, viene sconfitta nettamente da Dar'ja Kasatkina per 0-6 4-6. Nell'Open di Francia esce di scena al primo turno venendo sconfitta da Elina Svitolina per 5-7 3-6. A s-Hetogenbosch viene rimontata nel secondo turno da Aryna Sabalenka per 6-3 6-7 0-6. Raggiunge i quarti di finale partendo dalle qualificazioni a Maiorca dove viene fermata da Anastasija Sevastova per 6-3 3-6 1-6.
A Wimbledon esce di scena contro Madison Keys, che si impone per 4-6 2-6.
Raggiunge un altro quarto di finale a Stanford dove a fermarla è Mihaela Buzărnescu per 1-6 5-7. A Cincinnati supera le qualificazioni ed estromette Irina-Camelia Begu per 4-6 6-3 6-3; viene poi sconfitta in rimonta dalla numero uno del mondo, Simona Halep, con il punteggio di 6-4 3-6 3-6. Agli US Open si impone su Lizette Cabrera per 6-4 6-1, prima di arrendersi in un match lottato contro Kateřina Siniaková (3-6 7-6 6-7). Disputa un torneo ITF a Hiroshima dove raggiunge i quarti di finale. Raggiunge la terza finale in carriera, nonché la seconda stagione, a Seoul. Dopo aver sconfitto: Alison Van Uytvanck per 3-6 7-5 7-5, Tamara Zidanšek per 2-6 6-1 6-3, Mandy Minella per 6-2 4-6 7-5 e Hsieh Su-wei per 6-4 5-7 6-4. In finale viene eliminata da Kiki Bertens per 6-7 6-4 2-6. Grazie ai punti ottenuti, migliora il suo best ranking di tre posizioni a distanza di tre anni (47ª posizione). Partecipa al torneo di Pechino dove non supera le qualificazioni, mentre a Tianjin viene estromessa all'esordio da Hsieh Su-wei per 6(4)–7 5-7. Non fa meglio a Mosca, dove viene fermata da Anastasija Pavljučenkova con il punteggio di 5-7 4-6.
2019: quarta finale WTA, prima semifinale Premier e Top 40