À 20 ans seulement, il fait ses premiers pas aux Jeux Olympiques à Turin en 2006. Une première réussie, puisqu’il décroche l’argent sur le 5 000m. Dans la poursuite par équipes, les Néerlandais sont les favoris de l’épreuve. En demi-finale face à l’Italie, alors qu’ils sont en tête, Sven trébuche, entraînant son coéquipier avec lui. Battus, les Oranges disputent alors le match pour la troisième place dans lequel ils dominent la Norvège. Deuxième médaille olympique pour Sven.
Pendant les quatre années qui séparent les Jeux de Turin de ceux de Vancouver en 2010, Sven Kramer devient l’un des meilleurs patineurs du monde. Il remporte plus d’une dizaine de titres de champion du monde et bat plusieurs records mondiaux. Bien qu’engagé sur toutes les distances, c’est sur le 5 000m et le 10 000m qu’il se montre le plus efficace. Il est également l’un des piliers de l’équipe nationale dans l’épreuve de la poursuite par équipes.
En 2010, les Jeux de Vancouver doivent être la consécration pour ce natif d’Heerenveen qui n’ambitionne rien de moins que trois titres olympiques. Tout commence pour le mieux avec l’épreuve du 5 000m dans laquelle il devance son compatriote Jochem Uytdehaage et établit même un nouveau record du monde.
Lors de l’épreuve du 10 000m, Sven termine premier de la course, il pense avoir empoché son deuxième titre de la quinzaine olympique. Mais quelques minutes plus tard, c’est la désillusion. Il est disqualifié pour s’être trompé de ligne peu après la mi-course. Sur les ordres erronés de son coach, le patineur a en effet pris le couloir intérieur au lieu du couloir extérieur. À n’en pas douter, les explications entre l’athlète et son entraîneur ont dû être musclées.
Quelques jours plus tard, Sven a l’occasion de sécher ses larmes avec ses partenaires dans l’épreuve de la poursuite par équipes. Tout se passe bien jusqu’à la demi-finale où ils sont devancés par les États-Unis pour trois dixièmes de seconde. Comme quatre ans auparavant, les Pays-Bas dominent la Norvège dans la finale pour la troisième place. Ainsi, à 24 ans seulement, Sven Kramer possède déjà quatre médailles olympiques.