Ha participado en cuatro Juegos Olímpicos. Debutó en la competición olímpica con 17 años, en Pekín 2008. Su segunda participación fue en Londres 2012, en los que estrenó su medallero olímpico con dos platas, en 200 m mariposa y en 800 m libres. En Río de Janeiro 2016 se proclamó campeona olímpica de 200 m mariposa, y logró la medalla de bronce en . En su cuarta participación olímpica, en Tokio 2020, disputará las pruebas de 800 m y 1500 m libre, y ha sido, junto con el piragüista Saúl Craviotto, la abanderada española en la ceremonia de apertura.