Under oppveksten var Picabo Street hennes forbilde. Vonn har deltatt i fire olympiske leker, de første i 2002 i Salt Lake City. Under trening foran utforrennet i OL 2006 i Torino kjørte hun ut og ble fraktet til sykehus med helikopter. Til tross for en skadet hofte stilte hun i rennet og endte på en åttendeplass. I VM 2007 i Åre kom hun på andreplass i både super-G og utfor, bak Anja Pärson. I VM 2009 i Val-d’Isère tok hun gull både i utfor og super-G.