ในเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 2010 เฉา ยฺเหวียนได้เป็นตัวแทนของประเทศจีนในการแข่งขันกีฬากระโดดน้ำในเอเชียนเกมส์ที่กวางโจว เขาได้รับรางวัลเหรียญทองในรายการแฟลตฟอร์ม 10 เมตร ด้วยคะแนน 557.15[3]

ในปี ค.ศ. 2012 เฉา ยฺเหวียนได้เข้าร่วมแข่งขันกีฬาโอลิมปิกฤดูร้อน 2012ที่ลอนดอน ในรายการซิงโครไนซ์แฟลตฟอร์ม 10 เมตร และได้รับรางวัลเหรียญทอง

ในกีฬาทางน้ำชิงแชมป์โลก 2013 เฉา ยฺเหวียน ได้คู่กับจาง หยั่นเฉฺวียน ในรายการซิงโครไนซ์แฟลตฟอร์ม 10 เมตร แต่พวกเขาได้มีข้อผิดพลาดในการกระโดดรอบที่ 4 และ 5 และได้รับรางวัลเหรียญทองแดงเพียงเท่านั้น[4]

ในปี ค.ศ. 2015 เขาได้คู่กับฉิน ไข่ ในรายการซิงโครไนซ์แฟลตฟอร์ม 10 เมตร ในชิงแชมป์โลก 2015ที่คาซาน และได้รับรางวัลเหรียญทอง[5]

ในโอลิมปิกฤดูร้อน 2016ที่รีโอเดจาเนโร เขาได้รับรางวัลเหรียญทองในรายการสปริงบอร์ด 3 เมตร[6] นอกจากนี้เขายังได้รับรางวัลเหรียญทองแดงทองในรายการซิงโครไนซ์สปริงบอร์ด 3 เมตร ร่วมกับฉิน ไข่[7]