Née à Tachkent en Ouzbékistan, elle a été l'une des grandes stars la gymnastique rythmique grâce à sa grande souplesse et sa force physique. La deuxième gymnaste russe la plus médaillée de l'histoire après Evgenia Kanaeva , elle a collectionné pas moins de 26 médailles internationales dont 2 médailles olympiques, 14 mondiales et 21 européennes (le record). Avec l'Ukrainienne Ekaterina Serebrianskaya et sa compatriote Evgenia Kanaeva , elle est la seule à avoir réussi le grand chelem, c'est à dire remporter à la fois le titre olympique, mondial, européen, de Coupe du monde et la finale du Grand Prix.

Championne olympique au concours général en 2004 (3eme en 2000). Championne du monde au concours général en 1999 (à seulement 16 ans) et 2003, au ballon et au ruban en 1999 et 2003 et par équipes en 1999, 2003 et 2007 (3 autres médailles d'argent et 2 de bronze aux engins). Quinze fois championne d'Europe dont un record de 5 titres d'affilée au concours général, en 1998 (à 15 ans, un record de jeunesse), 1999, 2000, 2002 et 2004 (2eme en 2006), au cerceau en 1999, 2000 et 2001, au ballon en 2000 et 2001, au ruban en 2000, aux massues en 2001 et par équipes en 2000, 2002 et 2004. Elle a également remportée trois fois le championnat d'Europe par équipes (1999, 2001 et 2003). Six fois championne de Russie au concours général (1999 à 2001, 2004, 2006 et 2007).

En 2005 elle s'est reconvertie dans la politique (élue au Parlement russe, la Douma, où elle siège à la commission de la jeunesse). Depuis 2008, elle est la compagne du président russe Vladimir Poutine. Le couple aurait trois enfants.