Warholm ble verdensmester på 400 meter hekk i VM i friidrett i London 9. august 2017 og ble med det første norske mannlige verdensmester i en løpsøvelse. Den 9. august 2018 ble han europamester på 400 meter hekk i EM i friidrett 2018 i Berlin, i VM i friidrett 2019 i Doha forsvarte Warholm VM-gullet fra to år tidligere, og i EM i friidrett 2022 i München forsvarte han EM-gullet fra fire år tidligere. I VM i friidrett 2023 i Budapest ble han verdensmester for tredje gang.