Titmus ble tatt ut som en av 27 svømmere til å representere Australia under VM i svømmesport 2019 i Gwangju, Sør-Korea. Hun vant gullmedalje og satte oseanisk rekord på 400 meter fri med tiden 3.58,76, et helt sekund foran forhåndsfavoritten, amerikaneren Katie Ledecky.