Zij behaalde haar eerste belangrijke titel in 2009, toen ze bij de nationale kampioenschappen de titel won op de 800 m. Echt van zich spreken deed ze echter, toen zij op 31 juli 2009 tijdens deAfrikaanse jeugdkampioenschappen inBambous (Mauritius) op de 800 m in één klap naar 1.56,72 liep, de beste wereldjaartijd. Daarvoor was zij niet sneller geweest dan 2.00.58. Met haar prestatie verpulverde zij tevens de Zuid-Afrikaanse junior- en seniorrecords. Bovendien veroverde ze hier ook de titel op de1500 m in 4.08,01.
Negentien dagen later maakte Caster Semenya de zichzelf opgelegde favorietenrol helemaal waar, door op de 800 m de wereldtitel te pakken tijdens dewereldkampioenschappen inBerlijn. Met overmacht won ze de wedstrijd in een beste wereldjaarprestatie van 1.55,45 en versloeg hiermee deKeniaanseJaneth Jepkosgei (zilver; 1.57,90) en deBritseJenny Meadows (brons; 1.57,93).
Al enige tijd was er enig rumoer rondom haar persoon, en dit bereikte een piek vlak voor de finale van de 800 m in Berlijn. DeIAAF maakte voor de start hiervan bekend dat Semenya was gevraagd om mee te werken aan eengeslachtstest. Uit eerdere tests was gebleken dat Semenya drie keer zoveel lichaamseigentestosteron had als de gemiddelde vrouw.[3] Daardoor was er twijfel ontstaan of zij "honderd procent vrouw is". Semenya werkte mee aan de geslachtstest. In afwachting van de uitslag, die pas na enkele weken tegemoet kon worden gezien, was er geen aanleiding om haar uit te sluiten voor de finale, die zij aansluitend ook won in de beste prestatie van het jaar: 1.55,45. Vervolgens duurde het in totaal elf maanden, voordat de IAAF tot een beslissing kwam. In de tussentijd werd bekend dat de Zuid-Afrikaanse bond reeds vóór het WK in Berlijn in het geheim een geslachtstest had laten uitvoeren, maar vervolgens het advies van de arts had genegeerd om Caster Semenya terug te trekken uit de competitie. Bovendien ontkende de bond later dat er een test was uitgevoerd.
Ten slotte besloot de federatie op 6 juli 2010 dat Semenya weer als vrouw mocht deelnemen aan de vrouwencompetitie. De federatie onthield zich van verder commentaar over deze zaak. Er werden geen medische gegevens bekendgemaakt. Onbekend is ook, of er medische ingrepen zijn geweest die hebben geleid tot deze beslissing. Er was immers uitgelekt[4] dat Semenya eenY-chromosoom heeft of een SRY-gen. Haar geslachtsklieren zouden zich daardoor ontwikkeld hebben tot inwendige testikels. Omdat ze gedeeltelijk ongevoelig zou zijn voor mannelijke hormonen, heeft de ontwikkeling tot man niet doorgezet. Onvruchtbare testikels maken wel testosteron aan. Dat zou de hoge testosteronwaarden kunnen verklaren. De IAAF heeft laten weten dat sinds 2005 vier atletes om deze reden uit de competitie zijn gezet.
De Zuid-Afrikaanse bond gaf uiteindelijk bij monde van haar voorzitter Leonard Chuene[5] toe dat de bond het geslacht van Semenya in het geheim had getest, voordat ze naar Berlijn vertrok. Semenya heeft altijd verondersteld dat het om eendopingtest ging. Chuene moest terugtreden als voorzitter vanwege deze zaak.
De heibel omtrent Semenya's geslacht ligt politiek gevoelig in Zuid-Afrika, waar het herinnert aan hetapartheidsregime dat ook veel waarde hechtte aan het classificeren van mensen; daarnaast ontlokte de affaire vergelijkingen met het lot vanSaartjie Baartman.[6]
De IAAF heeft naar aanleiding van deze affaire nieuwe regels opgesteld, die op 1 mei 2011 van kracht zijn geworden. De regels hebben niet langer betrekking op het geslacht van de atlete, maar op testosteronwaarden. Atletes die wettelijk als vrouw leven, mogen geen testosteronwaarden hebben die vergelijkbaar zijn met mannen. Als dat wel het geval is, mogen ze geen profijt hebben van de hoge testosteronwaarden, doordat ze ongevoelig zijn voor mannelijke hormonen. Hyperandrogene vrouwen die wel gevoelig zijn voor testosteron, moeten een behandeling ondergaan, voordat ze weer mogen starten. De nieuwe regels zijn gepubliceerd op de website van de IAAF.
Caster Semenya viert haar olympische medaille op de 800 m in Londen in 2012.
Voorafgaand aan deOlympische Spelen inLonden werd Semenya door het Zuid-Afrikaans Olympisch Comité aangewezen als 's lands vlaggendrager bij de openingsceremonie op27 juli2012. "Het is zo'n voorrecht voor me om zoiets groots te doen", stelde de atlete, die de voorkeur kreeg boven 'Blade Runner'Oscar Pistorius,zwemmerCameron van der Burgh enverspringerKhotso Mokoena.[7] Op de Spelen van Londen veroverde Caster Semenya de zilveren medaille op de 800 m met een tijd van 1.57,23. Ze werd verslagen door de Russische Maria Savinova (1.56,19). Die werd echter in 2017 gediskwalificeerd vanwege een overtreding van het dopingreglement, waardoor Caster Semenya jaren later alsnog werd uitgeroepen tot winnares van het olympische goud.
Op deOlympische Spelen van 2016 inRio de Janeiro was haar finishtijd van 1.55,28 direct goed voor een gouden medaille. Ze begon de wedstrijd in koppositie, viel terug naar een tweede plek, maar snelde na een felle eindsprint alsnog naar de overwinning.