Carriera professionistica San Francisco 49ers Greenlaw fu scelto nel corso del quinto giro (148º assoluto) del Draft NFL 2019 dai San Francisco 49ers. Debuttò come professionista partendo come titolare nella gara del primo turno contro i Tampa Bay Buccaneers mettendo a segno 4 tackle. Nella settimana 10 contro i Seattle Seahawks nel Monday Night Football fece registrare il suo primo intercetto su Russell Wilson nella sconfitta per 27–24 ai tempi supplementari. La sua prima stagione si chiuse con 92 tackle, un sack e un intercetto, venendo inserito nella formazione ideale dei rookie della Pro Football Writers Association. Il 2 febbraio 2020 partì come titolare nel Super Bowl LIV in cui mise a segno 4 tackle ma i 49ers furono sconfitti per 31-20 dai Kansas City Chiefs.
Denver Broncos Il 10 marzo 2025 Greenlaw firmò un contratto triennale del valore di 35 milioni di dollari con i Denver Broncos.
San Francisco 49ers Il 12 marzo 2026 Greenlaw firmò un annuale per tornare con i 49ers, del valore di 7,5 milioni di dollari.
Palmarès Franchigia National Football Conference Championship: 2 San Francisco 49ers: 2019, 2023
Individuale PFWA All-Rookie Team - 2019
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