Championne nationale du 100 m brasse en 2000, la nageuse est sélectionnée pour participer aux Jeux olympiques de 2000 qu'organise la ville de Sydney. Seulement âgée de 16 ans, elle atteint la finale du 200 m brasse lors de laquelle elle obtient la huitième place. La jeune nageuse enchaîne l'année suivante avec sa première participation aux championnats du monde à Fukuoka (Japon). Lors de ces Mondiaux en grand bassin, Luo réalise le doublé 50 m - 100 m brasse. Sur cette seconde épreuve, la Chinoise obtient sa première médaille d'or devant l'Australienne Leisel Jones avant de récidiver sur l'épreuve non olympique du 50 m en précédant largement l'Américaine Kristy Kowal. Deux ans plus tard, la nageuse est une nouvelle fois couronnée sur ces deux épreuves portant à quatre le nombre de titres mondiaux figurant à son palmarès.