Na igrzyskach olimpijskich w Pekinie w 2008 roku zdobyła złoty medal w sztafecie 4 × 100 m stylem zmiennym. Australijska sztafeta, w takim samym składzie jak na ubiegłorocznych mistrzostwach świata, pobiła rekord świata (3:52,69). Seebohm płynąc na pierwszej zmianie ustanowiła także nowy rekord Australii i Oceanii na 100 m stylem grzbietowym (59,33). Kilka dni wcześniej startowała na tym dystansie indywidualnie, ale nie zakwalifikowała się do finału i ostatecznie zajęła dziewiąte miejsce (1:00,31).