Il 9 marzo 2010 realizza la sua prima tripletta in Champions League nella vittoria 5-0 all'Emirates Stadium contro il Porto.
Il 19 giugno 2010 segna, in spaccata e su cross del compagno Rommedahl, il gol del momentaneo pareggio nella partita Camerun-Danimarca (seconda partita del girone eliminatorio), poi conclusasi con la vittoria della Nazionale danese per 2-1, grazie a un gol dello stesso Rommedahl.
Il 31 agosto 2011 passa in prestito per un anno al Sunderland.
Nel novembre del 2009 Bendtner è costretto a farsi operare in seguito a un infortunio riportato durante una partita contro il Tottenham.
Il 31 agosto 2012 si trasferisce in Italia, alla Juventus, in prestito con diritto di riscatto.
Il 28 ottobre 2012 gioca la partita vinta 3-0 contro il Catania favorendo l'assist ad Arturo Vidal.
Nel giugno del 2012 viene convocato per Campionato europeo di calcio 2012 in Polonia e Ucraina dal CT Morten Olsen.
Il 22 aprile 2007 mise a segno una rete con un colpo di testa nella partita vinta per 3-2 sul Wolverhampton, vittoria che permise al Birmingham di raggiungere la vetta della Football League Championship.
Nel 2007, a 19 anni, firma un rinnovo fino al 2012 con il club londinese.
Il 9 maggio 2006 fu convocato dalla Nazionale danese Under-21 per gli Europei di categoria.
Nel 2005 venne acquistato dall'Arsenal.
Il 15 agosto 2014 firma un contratto triennale con i tedeschi del Wolfsburg.
