Di level internasional, Defour telah memperkuat tim nasional Belgia sebanyak 52 kali selama karir internasionalnya yang berlangsung selama 11 tahun sejak tahun 2006. Ia juga mewakili negaranya dalam Piala Dunia 2014.
Karier klub Defour dimulai di Genk setelah ia pindah dari K.V. Mechelen pada tahun 2004. Ia menjadi pemain utama meskipun masih berusia 17 tahun dan berhasil membantu timnya finis di posisi kelima pada musim 2005-2006. Namun, ketika Genk gagal lolos ke kompetisi Eropa, Defour mencoba untuk pindah ke AFC Ajax pada musim panas tahun 2006. Meskipun sempat terjadi perselisihan antara klub-klub terkait transfernya, ia akhirnya bergabung dengan Standard Liège dengan biaya transfer yang lebih rendah.
Di Standard Liège, Defour menjadi kapten tim pada tahun kedua kebersamaannya dan berhasil membawa timnya meraih gelar juara liga setelah 25 tahun. Pada tahun 2009, ia mengalami cedera kaki yang membuatnya absen dalam beberapa pertandingan. Selama masa pemulihannya, ia menerima surat dari Alex Ferguson, manajer Manchester United, yang mengucapkan semangat pemulihan. Namun, rumor tentang kepindahannya ke klub Inggris tersebut tidak terbukti.
Pada tanggal 15 Agustus 2011, Defour bergabung dengan FC Porto dengan biaya transfer sebesar €6 juta dan menandatangani kontrak selama lima tahun. Ia berhasil membantu Porto meraih gelar juara Primeira Liga pada tahun pertamanya. Namun, ia juga mendapatkan kartu merah dalam pertandingan Liga Champions melawan Málaga CF pada Maret 2013.
Pada tanggal 13 Agustus 2014, Defour bergabung dengan R.S.C. Anderlecht dengan biaya transfer sebesar €6 juta. Namun, pada pertandingan melawan mantan klubnya, Standard Liège, ia mendapatkan kartu merah setelah sengaja menendang bola ke arah suporter yang membentangkan spanduk yang menggambarkan kepala terpenggalnya. Insiden ini membuat suporter lawan merusak kursi mereka sebagai bentuk protes.