Passa poi al motomondiale nel 2001 dove partecipa nella classe 500 in sella ad una Honda NSR 500 V2 del team Dee Cee Jeans Racing, raccogliendo durante la stagione 4 punti complessivi che lo portano ad essere classificato al 24º posto finale. Nel 2002 e 2003 conquista il titolo nazionale olandese nella categoria Supersport sino a 600 cm³; contemporaneamente iniziano le sue presenze nel campionato mondiale Supersport che si protrarranno vari anni.
Nel 2011 viene chiamato dal team BMW Motorrad Italia per sostituire nella gara di Assen l'infortunato James Toseland. Anche suo figlio Loris Veneman gareggia come pilota motociclistico professionista.
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