En el Campeonato Mundial de 2011 celebrado en Shanghái, ganó la medalla de oro en los 100 metros libre con un tiempo de 47,63 segundos, superando a Brent Hayden (plata) y a William Meynard (bronce). El campeón del mundo de 2009 y plusmarquista mundial, César Cielo, terminó cuarto con un tiempo de 48,01 segundos. Magnussen se convirtió en el primer australiano en ganar esa prueba en un mundial, superando la medalla de plata que consiguió su compatriota Michael Klim en 1998. En ese mismo mundial, ganó la medalla de oro en el relevo 4 × 100 m libre (3:11,00)y la medalla de plata en el relevo 4 × 100 m estilos (3:32,26).