Нападающий. Дебютировал в «Спартаке» на профессиональном уровне в 1999 году, а затем в течение двух сезонов играл за команду в Высшей лиге. На драфте НХЛ 2001 выбран в первом раунде под общим 1-м номером клубом «Atlanta Thrashers». Был игроком «Thrashers» на протяжении 10 лет. В феврале 2010 года он был обменян в «New Jersey Devils».
После четырёх неполных сезонов, проведённых в «New Jersey Devils», принял решение завершить карьеру в НХЛ и летом 2013 года вернулся в КХЛ, подписав контракт со «СКА», за который выступал ранее, во время локаута в НХЛ в сезоне 2012/13. Ковальчук, помимо «Спартака» и СКА, в России играл ещё за два клуба: «Ак Барс» (во время локаута в НХЛ в сезоне 2004/05) и непродолжительное время за мытищинский «Химик» — осенью 2005 года, когда не имел подписанного контракта с «Atlanta Thrashers».
Ковальчук — первый игрок в истории российского хоккея, выбранный под общим первым номером на драфте НХЛ.
Большую часть карьеры в НХЛ провёл в «Atlanta Thrashers», где выиграл «Морис Ришар Трофи» и трижды принимал участие в Матче всех звёзд: в 2004, 2008 и 2009 годах. На протяжении многих лет был не только основным игроком атаки и лидером «».
В «New Jersey Devils» самым успешным для нападающего оказался сезон 2011/12, в котором Ковальчук единственный раз в карьере сыграл в финале Кубка Стэнли.
За время выступления в НХЛ сумел попасть в сборную молодых звёзд (по итогам сезона 2001/02), первую и вторую сборную всех звёзд (по итогам сезонов 2011/12 и 2003/04 соответственно), а в 2009 году был включён во вторую пятёрку символической сборной НХЛ первого десятилетия XXI века. В составе СКА в 2015 году выиграл Кубок Гагарина и был признан самым ценным игроком плей-офф. Спустя два года он вновь стал обладателем Кубка Гагарина. Как игрок СКА четырежды участвовал в Матче звёзд КХЛ: в 2013, 2014, 2015 и 2017 годах.
1 июля 2018 года Ковальчук подписал 3-летний контракт с «Los Angeles Kings» на общую сумму 18.750.000 $. В первом сезоне за «Los Angeles Kings» Ковальчук провёл 64 матча в которых набрал 34 (16+18) очков, а сама команда заняла последнее место в Западной конференции и не попала в плей-офф. В следующем сезоне провёл всего 17 матчей и набрал 9 (3+6) очков. По ходу обоих сезонов игра хоккеиста регулярно подвергалась критике. В середине ноября 2019 года руководство клуба вывело Ковальчука из состава, а ещё через месяц выставило его на драфт отказов с последующим расторжением контракта.
3 января 2020 года он подписал контракт с «Montreal Canadiens» сроком на один год на общую сумму 700 тыс $. Всего за «Montreal Canadiens» Ковальчук провёл 22 матча, в которых набрал 13 очков (6+7).
23 февраля 2020 года был обменян в «Washington Capitals». С ними в регулярном сезоне 2019-20 он набрал 4(1+3)очка, а в розыгрыше плей-офф Кубка Стэнли, где «Washington Capitals» уступил «New York Islanders» в серии 1-4, одно (0+1).
26 декабря 2020 года вернулся в КХЛ и стал игроком омского «Авангарда».
Статистика
| Регулярный сезон | Плей-офф | |||||||||||
| Сезон | Команда | Лига | И | Г | П | О | Ш | И | Г | П | О | Ш |
| 1999–00 | Spartak Moscow | RUS-2 | 49 | 12 | 5 | 17 | 75 | — | — | — | — | — |
| 1999–00 | Spartak–2 Moscow | RUS-3 | 2 | 2 | 1 | 3 | 14 | — | — | — | — | — |
| 2000–01 | Spartak Moscow | RUS-2 | 40 | 28 | 18 | 46 | 78 | 12 | 14 | 4 | 18 | 38 |
| 2001–02 | Atlanta Thrashers | NHL | 65 | 29 | 22 | 51 | 28 | — | — | — | — | — |
| 2002–03 | Atlanta Thrashers | NHL | 81 | 38 | 29 | 67 | 57 | — | — | — | — | — |
| 2003–04 | Atlanta Thrashers | NHL | 81 | 41 | 46 | 87 | 63 | — | — | — | — | — |
| 2004–05 | Ak Bars Kazan | RSL | 53 | 19 | 23 | 42 | 72 | 4 | 0 | 1 | 1 | 0 |
| 2005–06 | Khimik Moscow Oblast | RSL | 11 | 8 | 5 | 13 | 24 | — | — | — | — | — |
| 2005–06 | Atlanta Thrashers | NHL | 78 | 52 | 46 | 98 | 68 | — | — | — | — | — |
| 2006–07 | Atlanta Thrashers | NHL | 82 | 42 | 34 | 76 | 66 | 4 | 1 | 1 | 2 | 19 |
| 2007–08 | Atlanta Thrashers | NHL | 79 | 52 | 35 | 87 | 52 | — | — | — | — | — |
| 2008–09 | Atlanta Thrashers | NHL | 79 | 43 | 48 | 91 | 50 | — | — | — | — | — |
| 2009–10 | Atlanta Thrashers | NHL | 49 | 31 | 27 | 58 | 45 | — | — | — | — | — |
| 2009–10 | New Jersey Devils | NHL | 27 | 10 | 17 | 27 | 8 | 5 | 2 | 4 | 6 | 6 |
| 2010–11 | New Jersey Devils | NHL | 81 | 31 | 29 | 60 | 28 | — | — | — | — | — |
| 2011–12 | New Jersey Devils | NHL | 77 | 37 | 46 | 83 | 33 | 23 | 8 | 11 | 19 | 6 |
| 2012–13 | SKA Saint Petersburg | KHL | 36 | 18 | 24 | 42 | 12 | — | — | — | — | — |
| 2012–13 | New Jersey Devils | NHL | 37 | 11 | 20 | 31 | 18 | — | — | — | — | — |
| 2013–14 | SKA Saint Petersburg | KHL | 45 | 16 | 24 | 40 | 38 | 10 | 3 | 2 | 5 | 31 |
| 2014–15 | SKA Saint Petersburg | KHL | 54 | 25 | 30 | 55 | 69 | 22 | 8 | 11 | 19 | 12 |
| 2015–16 | SKA Saint Petersburg | KHL | 50 | 16 | 33 | 49 | 24 | 4 | 0 | 0 | 0 | 2 |
| 2016–17 | SKA Saint Petersburg | KHL | 60 | 32 | 46 | 78 | 47 | 18 | 6 | 3 | 9 | 35 |
| 2017–18 | SKA Saint Petersburg | KHL | 53 | 31 | 32 | 63 | 26 | 15 | 6 | 4 | 10 | 12 |
| 2018–19 | Los Angeles Kings | NHL | 64 | 16 | 18 | 34 | 10 | — | — | — | — | — |
| 2019–20 | Los Angeles Kings | NHL | 17 | 3 | 6 | 9 | 12 | — | — | — | — | — |
| 2019–20 | Montreal Canadiens | NHL | 22 | 6 | 7 | 13 | 2 | — | — | — | — | — |
| 2019–20 | Washington Capitals | NHL | 7 | 1 | 3 | 4 | 4 | 8 | 0 | 1 | 1 | 2 |
| Итого в НХЛ | 926 | 443 | 433 | 876 | 544 | 40 | 11 | 17 | 28 | 33 | ||
