Klein fu scelto nel corso del quinto giro del Draft 2013 dai Carolina Panthers. Debuttò come professionista nella settimana 1 contro i Seattle Seahawks. Nella settimana 10 contro i San Francisco 49ers mise a segno il primo sack in carriera ai danni di Colin Kaepernick. La sua stagione da rookie si concluse con 21 tackle e 2 sack disputando tutte le 16 partite, due delle quali come titolare. Nella successiva trovò maggior spazio, disputando come partente otto gare su 14, con 39 tackle.
Il 27 marzo 2020 Klein firmò un contratto triennale con i Buffalo Bills. Nel dodicesimo turno contro i Los Angeles Chargers mise a segno 14 tackle (3 con perdita di yard), 1,5 sack e un passaggio deviato, venendo premiato come difensore della AFC della settimana.
New York Giants
Il 3 ottobre 2022 Klein firmò con la squadra di allenamento dei New York Giants.
Baltimore Ravens
Il 6 ottobre Klein firmò per il roster attivo dei Baltimore Ravens.
Chicago Bears
Il 31 ottobre 2022 i Ravens scambiarono Klein, insieme ad una scelta del secondo giro e una del quinto giro del draft 2023, con i Chicago Bears in cambio di Roquan Smith. Il 16 novembre 2022 Klein fu svincolato dai Bears.
Buffalo Bills (2° periodo)
Il 17 novembre 2022 Klein rifirmò per i Bills.
Il 17 aprile 2023 Klein rifirmò per un altro anno con i Bills a 1,16 milioni di dollari.
Ritiro
Il 30 luglio 2024 Klein annunciò il suo ritiro dal football professionistico.
↑Solo in precampionato e/o in squadra di allenamento
↑(EN) Pro Football Draft History: 2013, Pro Football Hall of Fame, 27 aprile 2013. URL consultato il 30 aprile 2013 (archiviato dall'url originale il 28 settembre 2013).
Stati Uniti
