Participó en cuatro Juegos Olímpicos de Verano, obteniendo en total catorce medallas: oro en Londres 2012, en la prueba de 800 m libre, cinco en Río de Janeiro 2016, oro en 200 m libre, 400 m libre, 800 m libre y 4 × 100 m libre y plata en 4 × 100 m libre; cuatro en Tokio 2020, oro en 800 m libre y 1500 m libre y plata en 400 m libre y 4 × 200 m libre, y cuatro en París 2024, oro en 800 m libre y 1500 m libre, plata en 4 × 200 m libre y bronce en (400 m libre).^[1]​^[3]​

Ganó veintiséis medallas en el Campeonato Mundial de Natación entre los años 2013 y 2023, y diez medallas en el Campeonato Pan-Pacífico de Natación, en los años 2014 y 2018.^[2]​ Además, obtuvo doce medallas de oro en el Campeonato de Natación de Estados Unidos.^[4]​

Estableció nuevos récords mundiales en piscina larga de los 400 m libre (3:56,46 en 2016), de los 800 m libre (8:04,12 en 2025) y de los 1500 m libre (15:20,48 en 2018). En piscina corta batió las plusmarcas mundiales de los 800 m libre (7:57,42 en 2022) y de los 1500 m libre (15:08,24 en 2022).^[1]​^[2]​

Fue nombrada «Atleta del Año» por World Aquatics en 2013 y 2022,^[5]​^[6]​ «Nadadora del año» por Swimming World en cinco ocasiones: 2013, 2014, 2015, 2016 y 2018 y «Nadadora Estadounidense del Año» por USA Swimming en ocho ocasiones: 2013-2018, 2021 y 2022.^[7]​ En 2024 fue condecorada con la Medalla Presidencial de la Libertad.^[8]​

Estudió el grado de Psicología en la Universidad Stanford.^[9]​ Es sobrina de Jon Ledecky, dueño de los New York Islanders de la NHL.^[10]​