Nastia tornou-se membro da equipe nacional júnior dos Estados Unidos aos doze anos e conquistou seu primeiro título do individual geral nacional aos treze. De 2005 até sua aposentadoria, Liukin permaneceu como membro da elite sênior da equipe norte-americana. É tetracampeã do concurso geral estadunidense, bicampeã mundial na trave, bicampeã por equipes em Jogos Pan-Americanos e por cinco vezes medalhista em uma única edição olímpica. A conquista mais importante de sua carreira foi o individual geral dos Jogos Olímpicos de Pequim. Em 2008, fora eleita a atleta do ano pela "Women's Sports Foundation", tornando-se então a segunda ginasta a receber tal distinção, e a melhor ginasta do mundo, eleita, também em 2008, pela Federação Internacional de Ginástica. Em 2009, também foi eleita atleta nacional do ano pela ESPN, no "ESPY Awards", e membro da comissão de atletas da FIG no ciclo 2009-2012. Por ter integrado a equipe vencedora do Mundial de Stuttgart, em 2007 e por suas conquistas individuais enquanto atleta, figura no "U.S Gymnastics Hall of Fame".