Ensimmäisen kultamitalinsa arvokisoista Bjørndalen otti Naganon talviolympialaisista. Neljä vuotta myöhemmin norjalainen puhdisti pöydän Salt Lake Cityn kisoissa, jolloin hän voitti neljä ampumahiihtomatkaa. Salt Lake Cityssä Bjørndalen hiihti myös maastohiihdon 30 kilometrillä viidenneksi.
Vuonna 1996 Bjørndalen otti ensimmäisen maailmancupin osakilpailuvoittonsa. Hänellä on jo 74 osakilpailuvoittoa ampumahiihdossa ja yksi maastohiihdossa. Talviurheilijoista ainoastaan Ingemar Stenmarkilla (86 voittoa) on enemmän voittoja kuin Bjørndalenilla.
Marraskuussa 2006 Jällivaarassa Bjørndalen voitti ensimmäisen maastohiihdon maailmancupin osakilpailunsa. Aikaisemmin kaudelta 2001–2002 hänellä oli kaksi kakkossijaa. Kauden 2006–2007 ampumahiihdon maailmancupissa Bjørndalen voitti viisi ensimmäistä osakilpailua ja yhdestätoista ensimmäisestä osakilpailusta hän voitti seitsemän.