In carriera ha preso parte a cinque rassegne olimpiche: la prima nel 2004 quando, solo sedicenne, conquistò la medaglia d'argento nei 200 m stile libero divenendo all’epoca la più giovane atleta italiana a salire su un podio olimpico individuale. Quattro anni dopo, ai Giochi di Pechino, vinse in quella stessa gara la medaglia d'oro regalando all'Italia il primo successo olimpico femminile nella storia del nuoto.