Escriure una continuació per a aquest paràgraf - Després de guanyar 6 medalles d'or en el Campionat d'Europa de 1999
Van den Hoogenband era un dels favorits als Jocs Olímpics d'estiu de 2000, però els seus adversaris eren formidables. En els 200 metres d'estil lliure es va enfrontar al detentor del rècord mundial, el jove australià Ian Thorpe, el favorit del públic local a Sydney. A les semifinals, Van den Hoogenband va establir un nou rècord mundial, però Thorpe va contrarestar amb un temps només 0.02 s més lent. En una final emocionant, Van den Hoogenband va igualar el seu temps de les semifinals per guanyar la medalla d'or. En els 100 m estil lliure, Van den Hoogenband va establir un nou rècord mundial en les semifinals i va guanyar la seva segona medalla d'or, derrotant el campió de 1992 i 1996, Alexander Popov. El seu rècord mundial de 100 metres va durar fins al 21 de març de 2008 i va ser trencat per l'Alain Bernard de França (47.60). Van den Hoogenband va guanyar dues medalles més, ambdues de bronze, en els 50 m d'estil lliure i el releu d'estil lliure de 4×200 m, en el qual va ser l'últim nadador.