次在国际比赛中登场，虽然她未获得任何奖牌。她在2003年世界游泳锦标赛代表日本参加400公尺、800公尺及1500公尺自由泳。柴田亚衣在2004年夏季奥林匹克运动会中代表日本参加400公尺及800公尺自由泳，并获得800公尺自由泳金牌，成为日本自从山中毅于1960年获得自由泳银牌以来，首位于自由泳获得奖牌的日本人。她在2004年9月份同时成为鹿儿岛县与徳岛县荣誉县民。柴田亚衣也在当年获得紫绶褒章。柴田亚衣在加拿大蒙特利尔举行的2005年世界游泳锦标赛中获得女子400公尺自由泳银牌及800公尺自由泳铜