
Van Veenendaal menandatangani kontrak dengan klub Inggris Arsenal pada tahun 2015. Di musim pertamanya di sana, Arsenal memenangkan Piala FA WSL 2015. Musim depan, Arsenal memenangkan Piala FA Wanita 2016 dengan klub mengalahkan Chelsea 1-0 di final. Piala FA WSL lainnya ditaklukkan di musim 2017-18, ketika klub mengalahkan Manchester City Women di final dan Van Veenendaal membukukan clean sheet. Pada bulan Juli 2019, van Veenendaal meninggalkan Arsenal setelah kontraknya berakhir dan bergabung dengan Atletico Madrid.
Van Veenendaal memenangkan topi pertamanya untuk tim nasional senior pada 7 Maret 2011, kemenangan 6-0 atas Swiss di Piala Siprus. Dia dipanggil untuk menjadi bagian dari tim nasional untuk UEFA Women's Euro 2013 dan FIFA World World Cup 2015. Van Veenendaal adalah bagian dari tim nasional untuk UEFA Women's Euro 2017. Belanda memenangkan turnamen. Van Veenendaal memulai dalam semua enam pertandingan di kompetisi, dan hanya mengizinkan tiga gol, membantu mereka memenangkan setiap pertandingan Belanda. Dia ditunjuk sebagai XI Terbaik turnamen. Setelah turnamen, seluruh tim dihormati oleh Perdana Menteri Mark Rutte dan Menteri Olahraga Edith Schippers dan membuat Ksatria Orde Orange-Nassau.