Nata a Barendrecht, la de Bruijn ha provato diversi sport prima di dedicarsi al nuoto. Ha debuttato ai Campionati del Mondo del 1991 vincendo una medaglia di bronzo con la squadra di staffetta 4x100 m, con la quale aveva già vinto una medaglia d'oro ai Campionati Europei.
L'anno seguente la de Bruijn ha fatto il suo debutto olimpico alle Olimpiadi estive del 1992, finendo ottava nei 100 m e nella 4x100 m stile libero. Continuò a nuotare con le migliori l'anno seguente, ma non era sufficientemente motivata per competere alle Olimpiadi di Atlanta del 1996 e se ne restò a casa.
Rimpianse immediatamente la decisione, e decise di trasferirsi negli Stati Uniti per allenarsi. Il suo ritorno venne incoronato nel 1999, quando vinse i 50 m stile libero ai Campionati Mondiali.
L'anno successivo, dopo aver migliorato diversi record del mondo, prese parte alle Olimpiadi del 2000 a Sydney. Qui vinse i 50 e i 100 m stile libero, e i 100 m farfalla, stabilendo il record del mondo in tutte e tre le gare. Inoltre vinse l'argento con la squadra della staffetta 4x100 m stile libero.
Alle Olimpiadi di Atene ha conquistato altre quattro medaglie: un oro nei 50 m stile libero, un argento nei 100 m stile libero, e due medaglie di bronzo nei 100 m farfalla e nella staffetta 4x100 stile libero femminile.
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