Jönsson fick sitt genombrott på internationell seniornivå som 21-åring säsongen 2006/2007 efter att ha tagit en bronsmedalj i sprint på junior-VM 2005. I december2006 vann han sensationellt sprintkvalet Kuusamo och följde upp med en sjätteplats i a-finalen. Han deltog i VM 2007 i Sapporo i Japan där han kom på sjätte plats. I den totala sprintvärldscupen 2006/2007 kom han på tredje plats. Sin första världscupseger tog han den 26 januari 2008 då han vann fristilssprinten i Canmore i Alberta i Kanada. Jönsson kom tvåa i sprintvärldscupen 2007/2008 endast slagen med två poäng av norrmannenOla Vigen Hattestad.[3]
Han vann sin andra världscupseger i januari 2009 och hade höga förväntningar på sig inför VM 2009 i Liberec men åkte där ut i kvartsfinalen i sprinten efter att ha hamnat för långt bak i fältet inför upploppet.[3] I kvalet tidigare samma dag hade han slutat femma.[4]
Vid olympiska vinterspelen 2010 i Vancouver var han återigen storfavorit men blev utslagen efter en tredjeplats i ena semifinalen. Denna säsong, 2009/2010 vann Emil Jönsson sprintvärldscupen med 506 poäng, 154 poäng före tvåan Petter Northug.
Säsongen 2010/2011 vann Jönsson sin första mästerskapsmedalj, i sprint i VM i Holmenkollen. I och med sprintsegern den 13 mars2011 i Lahtis tog Jönsson hem säsongens sprintcup. Ytterligare en seger kom i slottssprinten kring Stockholms slott den 16 mars2011. Denna var en del av världscupavslutningen som Jönsson efter det andra loppet – en prolog på 3,3 km – låg tvåa i. Det tredje loppet var en dubbeljakt över 20 km som Jönsson blev sjua i, vilket var hans bästa resultat i ett distanslopp i världscupen. Efter den avslutande jaktstarten blev han tia sammanlagt. Jönsson slutade sexa i den totala världscupen 2010/2011.
I Canmore i Kanada vann han 15 december2012 sin tolfte världscupseger i sprint och blev därmed den längdskidåkare med flest sprintsegrar i karriären. Norrmännen Jens Arne Svartedal och Ola Vigen Hattestad har båda elva segrar. Jönsson vann sprintcupen totalt för säsongen 2012/2013. Prisutdelningen skedde i Stockholm under Royal Palace Sprint.
I OS i Sotji 2014 vann han en bronsmedalj i fristilssprinten. Jönsson tröttnade tidigt i loppet och släppte en stor lucka framåt men efter att tre andra åkare, bland andra Marcus Hellner, åkt omkull kom Jönsson tillbaka. Segrade gjorde Ola Vigen Hattestad och Teodor Peterson tog silver.
Våren 2021 publicerades hans bok Lev, njut, träna (Mondial förlag), skriven tillsammans med Anna Jönsson Haag.[9] Våren 2022 kom parets andra bok, Ut!.[10]