Reduce dai suoi primi successi a livello giovanile, con la medaglia d'oro vinta nei 1500 m sl e tre argenti conquistati nei 200 m sl, nei 400 m sl e negli 800 m sl durante gli europei di Belgrado 2008, Sharon van Rouwendaal ha fatto il suo debutto a livello senior ai successivi europei in vasca corta di Fiume 2008. Due anni più tardi, in occasione degli europei in vasca corta di Eindhoven 2010, ha vinto le sue prime medaglie con un doppio secondo posto nei 100 m dorso e nei 200 m dorso.
Si è riconfermata ad alti livelli vincendo la medaglia di bronzo ai mondiali di Shanghai 2011 nei 200 m dorso. In seguito ha preso parte alle Olimpiadi di Londra 2012 non riuscendo a raggiungere le finali nelle due distanze stile dorso; ha inoltre gareggiato nella staffetta 4x100 m misti giungendo con i Paesi Bassi al sesto posto e stabilendo il nuovo record olandese insieme alle compagne Moniek Nijhuis, Inge Dekker e Ranomi Kromowidjojo.[1]
Nuotatrice versatile, Sharon van Rouwendaal è in grado di competere anche sulla distanza dei 5 km e dei 10 km in acque libere, specialità che le hanno fruttato due titoli europei ai campionati di Berlino 2014. Ai Giochi della XXXI Olimpiade a Rio de Janeiro conquista la medaglia d'oro nella 10 km. Agli europei di nuoto di Glasgow 2018 ha vinto la medaglia d'oro nella 5 chilometri a squadre, gareggiando coi compagni di nazionale Esmee Vermeulen, Pepijn Smits e Ferry Weertman.[2] Tra il 2019 ed il 2024 conquista un oro e un argento olimpico, tre ori mondiali ed altrettanti ori europei.