Pierwszy sukces Leontien van Moorsel osiągnęła w 1989 roku, kiedy została mistrzynią Holandii w kolarstwie szosowym. Rok później odniosła pierwsze sukcesy międzynarodowe, zdobywając złote medale w jeździe drużynowej na czas na mistrzostwach świata w Utsunomiya oraz w indywidualnym wyścigu na dochodzenie podczas mistrzostw świata w Maebashi. W 1991 roku zdobyła złoto w wyścigu ze startu wspólnego na mistrzostwach w Stuttgarcie, a rok później miał miejsce jej olimpijski debiut. Na igrzyskach olimpijskich w Barcelonie była ósma w indywidualnym wyścigu na dochodzenie, a w szosowym wyścigu ze startu wspólnego zajęła 23. miejsce. W 1993 roku zdobyła kolejny tytuł mistrzyni świata, wygrywając wyścig ze startu wspólnego podczas mistrzostw świata w Oslo.