De acordo com Rowland, a faixa inspirou-a a perseguir um som mais orientado pela dança no seu terceiro trabalho de estúdio, Here I Am (2011), enquanto Guetta distinguiu "When Love Takes Over" por fornecer o exemplo para as suas explorações musicais futuras e por tê-lo inspirado a experimentar sons mais urbanos. Após o seu lançamento, a música tornou-se rapidamente em um sucesso de crítica, recebendo geralmente opiniões favoráveis pela crítica especialista em música contemporânea, que elogiou a sua produção de riffs melódicos, o piano e os vocais poderosos de Rowland. Os críticos também compararam-na ao single "Clocks" (2002), da banda britânica Coldplay, notando algumas semelhanças entre as duas.

Após o seu lançamento, "When Love Takes Over" tornou-se um sucesso instantâneo, atingindo o topo das tabelas musicais de mais de cinco países, incluindo a Bélgica (Valónia), Irlanda e Suíça, bem como posicionando-se dentro das dez melhores colocações em vários países europeus e norte-americanos. "When Love Takes Over" é o segunda êxito mundial de Rowland, após "Dilemma" (2001). A canção se tornou o single de Guetta que por mais tempo permaneceu nas tabelas, e é o segundo êxito de número um de Rowland no Reino Unido. Após registar um elevado número de vendas, a música recebeu o certificado de disco de platina na Austrália, Itália, Nova Zelândia, Espanha, entre outros países, e disco de ouro no Reino Unido e Canadá. A canção recebeu duas nomeações na quinquagésima segunda cerimónia anual dos Grammy Awards, tendo vencido uma delas pelo Electro Extended Remix.