Figlio di Adrie van der Poel e nipote di Raymond Poulidor, entrambi già ciclisti, è un atleta polivalente. Soprannominato L'Imperatore o Olandese Volante, nella specialità del ciclocross ha vinto otto titoli mondiali Elite (nel 2015, 2019, 2020, 2021, 2023, 2024, 2025 e 2026), due Coppe del mondo, tre titoli europei, quattro Superprestige e due DVV Verzekeringen Trofee. Su strada è specialista nelle classiche: ha vinto due edizioni della Milano-Sanremo (nel 2023 e 2025), tre del Giro delle Fiandre (nel 2020, 2022 e 2024) e tre della Parigi-Roubaix (nel 2023, 2024 e 2025), oltre a una tappa al Giro d'Italia e quattro al Tour de France; con la Nazionale, dopo essersi laureato campione del mondo Juniores 2013 a Firenze, ha conquistato l'argento ai campionati europei 2018 di Glasgow ed è diventato, sempre a Glasgow, campione del mondo Elite 2023. Nel cross country in mountain bike è stato invece bronzo ai campionati del mondo 2018 e campione europeo 2019; nel gravel è campione del mondo 2024 e annovera inoltre una medaglia di bronzo ai campionati del mondo 2022.
Carriera Gli esordi e le vittorie da Junior Specializzato nel ciclocross, come il padre Adrie e il fratello David, Mathieu van der Poel inizia a gareggiare nel 2009, classificandosi subito secondo nella categoria debuttanti ai campionati nazionali olandesi di Heerlen. Dopo un'ottima stagione 2010-2011 nella categoria cadetti, l'inverno successivo passa agli Juniors, laureandosi campione mondiale, europeo e olandese di categoria e non riuscendo a raggiungere il primo posto in una sola occasione, a Ruddervoorde. La stagione 2012-2013 vede quindi Van der Poel affermarsi in ognuna delle trenta gare di ciclocross a cui prende parte, riuscendo a difendere con successo i titoli mondiale, europeo e olandese nella categoria Juniors.
Attivo anche su strada, sulle orme del nonno Raymond Poulidor, nel 2011 conquista il titolo di campione nazionale Allievi a cronometro e nel 2013 quello in linea Juniors. Sempre tra gli Juniors, dopo il nono posto in linea ai campionati del mondo 2012 a Valkenburg, nel 2013 a Firenze si laurea campione del mondo in linea grazie a un attacco in solitaria all'ultimo giro; nella stessa stagione 2013 si aggiudica anche il Trophée Centre Morbihan, corse a tappe valida per la Coppa delle Nazioni.
2013-2014: le vittorie da Under-23 e nell'Europe Tour Il successivo passaggio agli Under-23 di ciclocross per il 2013-2014 gli consente di conquistare l'argento di categoria ai campionati europei e il bronzo ai campionati del mondo di Hoogerheide, e, sempre come Under-23, il titolo nazionale olandese, la classifica finale del Superprestige e il secondo posto al Bpost Bank Trofee. Passato anche su strada alla categoria Under-23/Elite con il team Continental belga BKCP-Powerplus, tra maggio e agosto 2014 partecipa a numerose gare dell'Europe Tour, vincendo la Ronde van Limburg davanti a numerosi professionisti, una tappa al Tour AlsaceNonostante faccia parte del calendario internazionale UCI, non è conteggiata come vittoria professionistica. e una frazione e la classifica finale del Baltic Chain Tour.
2015-2017: l'affermazione tra gli Elite Dopo solo un anno da Under-23, nel 2014-2015 passa alla categoria Elite di ciclocross sempre con il team BKCP-Corendon. Nella stagione del debutto riesce a laurearsi campione del mondo Elite a Tábor davanti all'altro talento Wout van Aert e al connazionale Lars van der Haar; vince inoltre tre prove e la classifica generale del Superprestige e il suo primo titolo olandese Elite. Nel 2015-2016 si aggiudica tre gare di Superprestige, il secondo titolo nazionale e quattro prove su sette in Coppa del mondo; in classifica di Coppa conclude però solo quinto, e anche ai campionati del mondo a Heusden-Zolder si piazza quinto, non riuscendo a difendere il titolo anche a causa di un incidente con Van Aert a metà gara.
Nel 2016-2017 arriva secondo ai campionati del mondo di Bieles, battuto dal solo Van Aert, e si diploma ancora campione olandese Elite; vince inoltre sette gare su otto del Superprestige e la classifica generale della competizione, tre gare di Coppa del mondo e altrettante nel DVV Verzekeringen Trofee. Nella stagione su strada subito seguente si aggiudica invece la seconda tappa del Giro del Belgio 2017, la seconda e la terza frazione e la classifica generale della Boucles de la Mayenne e la Dwars door het Hageland. Parallelamente all'attività su strada si avvicina anche al mountain biking, specialità cross country, con l'obiettivo di qualificarsi alla gara dei Giochi olimpici di Tokyo 2020. Nel maggio 2017 conclude ottavo nella tappa di Coppa del mondo MTB di Nové Město na Moravě e sette giorni dopo raggiunge il secondo posto in quella di Albstadt, battuto solo dal campione olimpico e mondiale Nino Schurter. Nello stesso anno ottiene il quarto posto ai campionati del mondo di cross country marathon a Singen.
2020-2021: le prime grandi vittorie su strada Dopo un 2019 che lo ha visto trionfare, tra le altre, nella corsa di casa, l'Amstel Gold Race, Van der Poel ottiene la definitiva consacrazione come stradista nel 2020: in una stagione caratterizzata dalla pandemia globale, l'olandese conquista la prima classica monumento in carriera, il Giro delle Fiandre, dove batte al fotofinish in un serrato sprint a due il rivale di sempre Van Aert. Van der Poel, che in precedenza aveva conquistato il titolo nazionale in linea, la settima tappa della Tirreno-Adriatico, la quinta tappa e la classifica generale del BinckBank Tour, oltre al sesto posto alla Liegi-Bastogne-Liegi, termina l'annata con cinque successi.
La stagione su strada 2021 inizia subito con il piede giusto, vincendo la tappa inaugurale dell'UAE Tour e facendo sua la Strade Bianche. Affronta la Tirreno-Adriatico con l'obiettivo di preparare nel migliore dei modi la Milano-Sanremo: alla Corsa dei Due Mari si impone nella terza e nella quinta frazione, ma nella Classicissima non riesce ad andare oltre il quinto posto. Parte di nuovo da grande favorito al Giro delle Fiandre, ma chiude al secondo posto in una volata a due, al termine di un lungo testa a testa con il vincitore Kasper Asgreen. Dopo un periodo di stacco, in preparazione al Tour de France si aggiudica la seconda e la terza tappa del Giro di Svizzera: al debutto alla Grande Boucle vince la seconda tappa sul Mûr-de-Bretagne e veste la maglia gialla per sette giorni, prima di abbandonare la corsa a tappe transalpina all'alba della nona giornata di corsa. Nel finale di stagione partecipa ad alcune semiclassiche belghe, conquistando l'Antwerp Port Epic, e conclude ottavo nella prova in linea del Mondiale delle Fiandre e terzo alla Parigi-Roubaix.
2022: il debutto al Giro, il secondo Fiandre e il bronzo nel gravel Nel 2022 Van der Poel apre la sua campagna del Nord imponendosi per la seconda volta nella Dwars door Vlaanderen e, pochi giorni dopo, conquista il suo secondo Giro delle Fiandre, battendo in una volata ristretta il connazionale Dylan van Baarle e Tadej Pogačar. A maggio fa il suo esordio al Giro d'Italia: vince la tappa inaugurale a Visegrád battendo Biniam Girmay, conquista la prima maglia rosa della sua carriera (tenendola per tre giorni) e conclude l'esperienza vincendo il Premio della Combattività. Nella seconda parte di stagione vince il Grand Prix de Wallonie e ottiene la medaglia di bronzo nella prima storica edizione dei campionati del mondo gravel in Veneto.
2023: la doppietta Sanremo-Roubaix e l'oro mondiale a Glasgow La stagione ciclocrossistica 2022-2023 lo vede conquistare a Hoogerheide il suo quinto titolo mondiale Elite, superando allo sprint il rivale Wout van Aert. Su strada vive un'annata eccezionale: a marzo vince la Milano-Sanremo con un attacco solitario sul Poggio, replicando il successo ottenuto dal nonno Raymond Poulidor 62 anni prima. Poche settimane dopo si aggiudica la sua prima Parigi-Roubaix, staccando tutti sul settore di pavé del Carrefour de l'Arbre. A giugno vince una tappa e la classifica finale del Giro del Belgio, mentre il culmine della stagione arriva ad agosto nella prova in linea ai campionati del mondo di Glasgow, dove si laurea campione del mondo grazie a un attacco a 22 km dall'arrivo, resistendo in solitaria nonostante una scivolata sull'asfalto bagnato nel finale di corsa. Chiude l'annata su strada conquistando la Super 8 Classic.
2024: il terzo Fiandre, il bis alla Roubaix e il Mondiale Gravel Nel febbraio 2024 si conferma re del ciclocross vincendo a Tábor il sesto titolo mondiale Elite. La stagione su strada in maglia iridata è un monologo nelle classiche monumento: dopo aver vinto la E3 Saxo Classic, conquista il suo terzo Giro delle Fiandre staccando gli avversari sul durissimo Koppenberg. Sette giorni dopo firma una storica doppietta bissando il successo alla Parigi-Roubaix con un'azione solitaria di quasi 60 chilometri, tagliando il traguardo con un vantaggio record. A settembre, dopo aver concluso al terzo posto la prova in linea dei Mondiali di Zurigo, si sposta sulle strade sterrate del Belgio laureandosi campione del mondo ai campionati del mondo gravel.
2025-2026: l'ottavo iride nel ciclocross e la terza Roubaix
Durante l'inverno 2024-2025 prosegue il suo dominio nel ciclocross vincendo a Liévin il settimo mondiale Elite della carriera. Su strada vince la semiclassica Le Samyn, per poi imporsi per la seconda volta in carriera alla Milano-Sanremo e centrare il successo alla E3 Saxo Classic. Ad aprile conclude terzo al Giro delle Fiandre, mentre entra definitivamente nella leggenda della Parigi-Roubaix vincendo la corsa per la terza volta consecutiva. In estate torna al successo anche al Tour de France, aggiudicandosi la seconda tappa a Boulogne-sur-Mer, e firma una frazione al Renewi Tour, che chiude secondo.
L'inverno successivo lo vede superare il record storico di Eric De Vlaeminck nel ciclocross, conquistando a Hulst il suo ottavo titolo mondiale Elite, il quarto consecutivo. Nella primavera 2026 debutta vincendo la Omloop Het Nieuwsblad, conquista le frazioni di San Gimignano e Martinsicuro alla Tirreno-Adriatico e si impone nuovamente nella E3 Saxo Classic, chiudendo poi al secondo posto dietro a Pogačar il Giro delle Fiandre. A luglio torna protagonista sulle strade del Tour de France, dove conquista la nona tappa sul traguardo di Ussel e la ventunesima, quella conclusiva sugli Champs-Élysées di Parigi, resistendo al ritorno del gruppo al termine di un'incredibile cavalcata con Pogačar, staccato poi in una volata lunghissima, dall'ultimo passaggio della salita di Montmartre fino all'arrivo.
Palmarès Strada
2012 (Juniores) Classifica generale Ronde des Vallées
2013 (Juniores) 1ª tappa Corsa della Pace Juniores (Litoměřice > Litoměřice) 2ª tappa Grand Prix Général Patton (Wincrange > Wincrange) 1ª tappa Rhône Alpes-Valromey Tour (Saint-Maurice-de-Gourdans > Cheignieu-la-Balme) 4ª tappa Rhône Alpes-Valromey Tour (Artemare > Hauteville-Lompnes) Classifica generale Rhône Alpes-Valromey Tour Campionati olandesi, Prova in linea Juniores 1ª tappa Trophée Centre Morbihan (Elven > Gourhel) Classifica generale Trophée Centre Morbihan 1ª tappa Grand Prix Rüebliland (Bettwil > Bettwil) 2ª tappa Grand Prix Rüebliland (Leutwil > Leutwil) 3ª tappa Grand Prix Rüebliland (Hunzenschwil > Hunzenschwil, cronometro) Classifica generale Grand Prix Rüebliland Campionati del mondo, Prova in linea Juniores
2014 (BKCP-Powerplus, una vittoria) Ronde van Limburg 3ª tappa Tour Alsace (Soultz-Haut-Rhin > Cernay) 4ª tappa Baltic Chain Tour (Pärnu > Viljandi) Classifica generale Baltic Chain Tour
2017 (Beobank-Corendon, cinque vittorie) 2ª tappa Giro del Belgio (Knokke-Heist > Moorslede) 2ª tappa Boucles de la Mayenne (Chantrigné > Hambers) 3ª tappa Boucles de la Mayenne (Saint-Cyr-le-Gravelais > Laval) Classifica generale Boucles de la Mayenne Dwars door het Hageland
2018 (Corendon-Circus, sei vittorie) 1ª tappa Boucles de la Mayenne (Renault Saint-Berthevin > Gorron)