W 2016 roku została mistrzynią olimpijska na igrzyskach w Rio de Janeiro w biegu na 800 metrów z wynikiem 1:55.28. Ponadto w tym samym roku została trzykrotną złotą medalistką mistrzostw Afryki w Durbanie. Rok później zdobyła kolejne dwa medale: swój trzeci z kolei złoty medal mistrzostw świata w biegu na 800 metrów oraz brązowy w biegu na 1500 metrów.
W sierpniu 2019 roku poinformowano, że wyrokiem szwajcarskiego sądu Semenya nie będzie mogła wystartować w konkurencjach kobiecych na Lekkoatletycznych Mistrzostwach Świata 27 września – 6 października w Dausze, w Katarze. Nie chcemy jej odmawiać kobiecości, ale pod względem biologicznym Caster Semenya jest mężczyzną. Ma ogromną przewagę nad kobietami – powiedział Jose Maria Odriozola, członek rady Międzynarodowego Stowarzyszenia Federacji Lekkoatletycznych (IAAF). Caster Semenya cierpi na hiperandrogenizm, czyli nadmiar męskich hormonów. Zdaniem IAAF Semeya powinna być klasyfikowana jako mężczyzna, bo poziom testosteronu w jej organizmie jest zbyt wysoki.
Wyróżnienia W 2012 roku została uhonorowana nagrodą południowoafrykańskiej Sportsmenki Roku na SA Awards Sport w Sun City.