Il commence sa carrière professionnelle l'année suivante, chez Predictor-Lotto. Porteur du maillot rose pendant une journée sur les Quatre Jours de Dunkerque, il perd sa première place avec les bonifications puis eut une pénalité de 10 secondes pour un sprint irrégulier, et termine troisième de la course. La même année, il prouve ses qualités de rouleur au niveau professionnel, terminant cinquième du Championnat de Belgique contre-la-montre, puis 11e du Championnat du monde contre-la-montre.
L'année 2008 est une année olympique, et Cornu se concentre d'abord les épreuves sur piste. En , il participe à l'épreuve de poursuite des championnats du monde de cyclisme sur piste à Manchester. Il prend la douzième place en battant le record de Belgique de 4 secondes, en 4 minutes 22 secondes 786. Ce résultat ne suffit cependant pas à le qualifier pour les Jeux olympiques. En août, il termine troisième des Championnats de Belgique contre-la-montre, puis participe au Tour d'Espagne, son premier grand tour.
En , Dominique Cornu choisit de rejoindre pour 2009 l'équipe Quick Step, en compagnie de son coéquipier Dries Devenyns. Cornu obtient la troisième place dans le Tour de Belgique, en étant performant dans l'étape reine et dans le contre-la-montre final, ainsi que la troisième place du championnat de Belgique contre-la-montre.
L'année suivante, il évolue dans l'équipe Skil-Shimano. Il se met de nouveau en évidence dans le Tour de Belgique en y remportant le contre-la-montre et en terminant deuxième du classement final. Il signe en 2011 pour l'équipe australienne Pegasus Sports, mais celle-ci n'obtenant pas de licence ProTour, il rejoint finalement Topsport Vlaanderen-Mercator.