Formé à Baltimore dans son Maryland natal, son premier succès international est un titre de champion du monde en 2001 sur 200 m papillon, améliorant à seize ans le record du monde de la distance. Il confirme l'étendue de son talent lors des championnats du monde de 2003, remportant les médailles d'or du 200 m papillon puis du 200 m et 400 m quatre nages. Il bat par la même occasion les records du monde de ces deux dernières épreuves. L'année suivante aux Jeux olympiques d'Athènes de 2004, il remporte 8 médailles dont 6 en or et égale le record du gymnaste Alexander Dityatin du nombre de médailles remportées au cours d'une même olympiade. Lors des mondiaux 2005 et 2007, il ajoute 12 titres et 5 records du monde à son palmarès, notamment sur 200 m nage libre, une nouveauté pour lui.