In 2008 won ze tweemaal goud op de Wereldkampioenschappen baanwielrennen 2008, te weten voor de sprint en de teamsprint. Op de Olympische Zomerspelen 2008 won ze een gouden medaille voor individuele sprint voor vrouwen. Een teamsprint en een keirin voor vrouwen vonden op deze spelen niet plaats. Derhalve kon Pendleton niet proberen de prestatie van Chris Hoy, die alle drie deze onderdelen voor de mannen won, te evenaren.