Pierwszy sukces w karierze van der Poel osiągnął w 2012 roku, kiedy zdobył złoty medal w kategorii juniorów podczas przełajowych mistrzostw świata w Koksijde. Złoto zdobył także rok później, w kategorii U-23, na mistrzostwach świata w Louisville, a podczas rozgrywanych w 2014 roku mistrzostw świata w Hoogerheide był trzeci. W kategorii elite pierwszy medal zdobył na mistrzostwach świata w Taborze, gdzie okazał się najlepszy. W zawodach tych wyprzedził Belga Wouta Van Aerta i swego rodaka Larsa van der Haara. Startuje także w wyścigach szosowych, w 2013 roku zwyciężył w kategorii juniorów na szosowych mistrzostwach świata we Florencji.