Molik začala hrát turnaje ITF ve své domovině v Austrálii v roce 1996 . Tam získala svůj první titul v roce 1998, během roku měla sedm singlů a osm čtyřhry.
V roce 2005 korunovala své první finále na grandslamovém turnaji vítězstvím; společně se Světlanou Kuzněcovovou zvítězila v soutěži čtyřhry na Australian Open. V červnu 2007 si také zajistila dvojitý titul na French Open , tentokrát po boku Mary Santangelo . Celkově získala na turné pět singlů a sedm titulů ve čtyřhře. V roce 2005 dosáhla svých nejvyšších pozic v žebříčku WTA s 8. místem ve dvouhře a 6. místem ve čtyřhře.
Na olympijských hrách 2004 v Aténách získala bronzovou medaili ve dvouhře. Ona také soutěžila za Austrálii v Sydney (2000) a Pekingu (2008). Ve své zemi také hrála Fed Cup v letech 1999 až 2010 (18 výher, 21 proher).
V září 2008 Molik oznámila konec své kariéry. Ale o rok později se ohlásila vítězstvím na turnaji ITF ve čtyřhře a poté získala další tři tituly ITF ve dvouhře. V roce 2011 se konečně otočila zády k profesionálnímu cirkusu.
Od roku 1999 do roku 2010 hrála za australský tým Fed Cupu ; ze svých 39 her dokázala vyhrát 18. Alicia Molik je vedoucím týmu od 18. ledna 2013.