Omonmurodova, die vorzugsweise auf Hartplatz spielt, begann im Alter von neun Jahren mit dem Tennissport und bevorzugt Hartplätze.
Im Jahr 2001 spielte Omonmurodova erstmals für die usbekische Fed-Cup-Mannschaft; ihre Fed-Cup-Bilanz weist bislang 45 Siege bei 42 Niederlagen aus.
2008 erzielte sie mit Platz 50 im Einzel ihre bislang beste Notierung in der WTA-Weltrangliste. Im Januar 2010 erreichte sie im Doppel-Ranking sogar Platz 36.
Sie begann ihre Profikarriere im Jahr 2000 beim WTA-Turnier in Taschkent (Kategorie: International). 2005 erreichte sie dort erstmals ein Endspiel auf der Tour, das sie gegen Michaëlla Krajicek 0:6, 6:4, 3:6 verlor. 2009 gelang ihr in ihrer Heimat erneut der Finaleinzug, diesmal setzte es eine Niederlage gegen Shahar Peer (3:6, 4:6).
Ihren ersten WTA-Titel konnte sie 2009 beim Rasenturnier in Eastbourne feiern. Mit ihrer Doppelpartnerin Ai Sugiyama gewann sie das Endspiel gegen die Paarung Rennae Stubbs/Samantha Stosur in zwei glatten Sätzen.
Ihren ersten größeren Erfolg im Einzel feierte sie 2010 in Cincinnati (Kategorie: Premier 5), wo sie als Qualifikantin das Achtelfinale erreichte und die topgesetzte Jelena Janković ausschaltete, ehe sie im Viertelfinale Ana Ivanović mit 1:6 und 3:6 unterlag. Noch im selben Jahr stand sie bei den WTA-Turnieren in Taschkent und in Moskau jeweils im Viertelfinale. In Moskau erreichte sie im Doppel zusammen mit der Bulgarin Darja Kustawa sogar das Halbfinale.
An der Seite von Su-wei Hsieh verpasste sie 2011 beim Sandplatzturnier in Barcelona gegen Vladimíra Uhlířová/Natalie Grandin knapp den Finaleinzug, ehe sie im Endspiel von Straßburg zusammen mit Chuang Chia-jung, einer weiteren Spielerin aus Taiwan, gegen ebendiese Paarung ihren zweiten WTA-Titel sicherte. Bei den US Open erreichte sie im Einzel die dritte Runde und in Taschkent an der Seite von Alexandra Panowa ein weiteres Halbfinale im Doppel.
Anschließend bestritt sie einige ITF-Turniere, ehe sie sich 2012 beim WTA-Turnier in Pattaya an der Seite von Kimiko Date-Krumm mit einem Halbfinaleinzug erfolgreich auf der Tour zurückmeldete. Der Rest der Saison verlief bis auf ein Viertelfinale in Båstad (mit Kateryna Bondarenko) und dem erneuten Halbfinale in Taschkent (mit Witalija Djatschenko) eher bescheiden.
2013 stand sie dann beim WTA-Turnier von Pattaya im Finale, in dem sie sich zusammen mit Panowa allerdings Date-Krumm und Casey Dellacqua deutlich geschlagen geben musste. Nach den French Open legte Omonmurodova bis zum Jahresende eine Pause ein.
Zeichenerklärung: S = Turniersieg; F, HF, VF, AF = Einzug ins Finale / Halbfinale / Viertelfinale / Achtelfinale; 1, 2, 3 = Ausscheiden in der 1. / 2. / 3. Hauptrunde; Q1, Q2, Q3 = Ausscheiden in der 1. / 2. / 3. Runde der Qualifikation; n. a. = nicht ausgetragen
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