Nascido em Pretória, uma das capitais da África do Sul, Cameron van der Burgh começou a nadar ainda criança e surgiu para o cenário internacional em 2007 quando conquistou uma medalha de bronze nos 50m peito no Campeonato Mundial de Melbourne. A partir dali firmou-se como um dos melhores nadadores de peito pelos próximos dez anos.
Em sua estreia olímpica nos Jogos de Pequim-2008, falhou na semifinal ao terminar 10º lugar e perder a vaga na final por apenas dois centésimos. No ano seguinte deu a volta por cima ao conquistar a medalha de ouro nos 50m peito e a de bronze nos 100m peito no Campeonato Mundial de Roma-2009. No período também se mostrou um excelente nadador em piscina curta tendo batido o recorde mundial nos 50m e 100m peito em 2009 e sido campeão mundial em Dubai-2010 nos 100m.
Em Xangai-2011 foi ofuscado por outros nadadores e saiu do Mundial com apenas duas medalhas de bronze. No início de 2012 seu principal adversário, o norueguês Alexander Dale Oen, faleceu vítima de um infarto. Nos Jogos de Londres-2012, ele fez uma prova perfeita e com o novo recorde mundial de 58s46 celebrou o ouro olímpico nos 100m peito. Ainda na piscina apontou ao céu em homenagem a Dale Oen.
Após a medalha de ouro manteve a boa fase sendo campeão mundial nos 50m peito e vice nos 100m no Mundial de Barcelona. No ano seguinte surgiu um jovem britânico que começou a bater recorde atrás de recorde. Seu nome? Adam Peaty. A partir dali o sul-africano não conseguiu mais conquistar nenhum grande título de expressão em piscina longa, sendo sempre batido por Peaty que elevou a prova a outro patamar.
Nos Jogos Olímpicos do Rio-2016 conquistou sua segunda medalha olímpica, uma prata nos 100m peito. Após essa competição van der Burgh começou a planeja sua aposentadoria das piscinas, dizendo que não nadaria o próximo ciclo olímpico. Ela veio durante o Campeonato Mundial de piscina curta de Hangzhou em 2018 e na ocasião deixou as piscinas em grande estilo, com título mundial nos 50m e 100m peito.
Após a aposentadoria o sul-africano mudou-se para Londres e hoje trabalhar no mercado financeiro e de ações. Carismático e com boas relações, van der Burgh foi um dos nadadores mais bem sucedidos de sua geração tendo ao longo da carreira empresas do porte de Tag Heuer, Audi, Procter & Gamble e Arena como seus patrocinadores.