2018 war McKeown zunächst Teil des australischen Aufgebotes bei den Commonwealth Games in Gold Coast und den Pan Pacific Swimming Championships, wo sie auf den Rückenstrecken jeweils die Finalläufe erreichte, aber ohne Medaille blieb. Bei den Olympischen Jugendspielen 2018 in Buenos Aires gewann sie über 50 m Rücken Gold, auf der doppelten Distanz Silber und über 200 m Rücken Bronze. Eine zusätzliche Silbermedaille holte sie mit der Lagenstaffel. Hinter der Weltrekordhalterin Regan Smith aus den Vereinigten Staaten gewann sie bei den Schwimmweltmeisterschaften 2019 in Gwangju über 200 m Rücken die Silbermedaille. In der WM-Lagenstaffel (die ebenfalls Silber holte) schwamm sie wie 2017 im Vorlauf, nicht aber im Finale mit. Nach einer mehrmonatigen Wettkampfpause aufgrund der COVID-19-Pandemie verbesserte McKeown im November 2020 den sechs Jahre alten 200-Meter-Rücken-Kurzbahnweltrekord von Katinka Hosszú um knapp drei Zehntelsekunden auf 1:58,94 Minuten. Im Mai 2021 stellte sie bei den Sydney Open auf allen drei Rückenstrecken australische Rekorde auf und verbesserte einen Monat später bei der nationalen Olympiaausscheidung den bis dahin von Regan Smith gehaltenen 100-Meter-Rücken-Weltrekord auf 57,45 Sekunden. Sie entschied bei den olympischen Schwimmwettkämpfen in Tokio sowohl das 100-Meter- als auch das 200-Meter-Rückenfinale für sich – jeweils vor der Kanadierin Kylie Masse – und holte mit der Frauen-Lagenstaffel eine dritte olympische Goldmedaille sowie zusätzlich Bronze mit der Mixed-Lagenstaffel. Hinter dem US-Amerikaner Caeleb Dressel und ihrer Teamkollegin Emma McKeon gehörte sie zu den erfolgreichsten Schwimmern bei den Spielen in Tokio.