1996 wurde Llagostera Vives Profispielerin auf der WTA Tour. Ihr Debüt bei einem Grand-Slam-Turnier gab sie im Jahr 2001 bei den Australian Open. Die frühere Sandplatzspielerin war ab 2009 auch auf Hartplätzen sehr erfolgreich.
Im Einzel gewann sie in ihrer Karriere zwei WTA- und elf ITF-Turniere.
Wesentlich erfolgreicher war Llagostera Vives im Doppel. Mit ihrer Landsfrau María José Martínez Sánchez gewann sie auf der Tour zehn ihrer 16 Doppeltitel, dazu kamen fünf Doppeltitel bei ITF-Turnieren. Zudem stand sie im Doppel im Viertelfinale von Wimbledon und der Australian Open, bei den French Open erreichte sie sogar zweimal und bei den US Open einmal das Halbfinale.
Im Juli 2013 wurde Llagostera Vives während des WTA-Turniers in Stanford positiv auf ein Amphetamin getestet. Sie präsentierte weder ein ärztliches Attest, noch gab sie Gründe an, die den Einsatz verbotener Substanzen hätten rechtfertigen können. Sie gab an, sie könne sich nicht erklären, wie das verbotene Mittel in ihren Körper gelangt sei. Sie wurde ab dem 8. September 2013 für zwei Jahre gesperrt. Die ITF verkündete das Urteil am 11. November,<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />Decision in the case of Nuria Llagostera Vives (Memento vom 11. November 2013 im Internet Archive), itftennis.com, abgerufen am 11. November 2013</ref> am 19. November 2013 gab Llagostera Vives ihr Karriereende bekannt.<ref>Llagostera Vives: Karriere-Aus nach Dopingsperre, tennisnet.com, abgerufen am 31. Dezember 2013</ref>
Zwischen 2005 und 2013 kam sie bei 16 Begegnungen für die spanische Fed-Cup-Mannschaft zum Einsatz. Sie gewann fünf ihrer elf Einzelpartien sowie acht von zwölf Partien im Doppel.
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