Han ble verdensmester for første gang i 2001, etter at han slo John Higgins 18–14 i finalen. I 2004 vant han over Graeme Dott med 18–8 etter at Dott hadde tatt en tidlig 5–0 ledelse. Han vant for tredje gang i 2008 etter å ha slått Allister Carter 18–8. O'Sullivan vant sitt fjerde verdensmesterskap i 2012 da han nok en gang slo Allister Carter 18–11. I 2013 ble han verdensmester for femte gang. "The Rocket" slo Barry Hawkins 18–12. I 2014 nådde han helt til finalen, men tapte for første gang en VM-finale. Mark Selby slo Ronnie O'Sullivan 18–14. I 2020 slo Ronnie O'Sullivan Kyren Wilson i finalen 18–8. Dette var «The Rocket» sin sjette VM-tittel.