Elle a marqué la natation française avec trois médailles olympiques récoltées à Londres en 2012. Elle est la troisième athlète française après Micheline Ostermeyer et Laura Manaudou à avoir remporté trois médailles olympiques lors d'un Olympiade. Championne olympique du 400 m en 2012 (2eme du 200 m et 3eme du 4 x 200 m), elle est la deuxième française devenue championne olympique sur cette distance après Laure Manaudou , sacrée en 2004. Elle fait désormais partie des quatre nageurs français à avoir remporté un titre olympique en individuel (avec Jean Boiteux en 1952, Laure Manaudou en 2004 et Alain Bernard en 2008). Elle termina 3eme des championnats du monde sur 200 m en 2011 et 2013, sur 400 m en 2011 et avec le relais 4 x 200 m en 2013 (4eme en 2011). Vice-championne d'Europe avec le relais 4 x 100 m en 2006 (à seulement dix-sept ans), elle termina 3eme du 200 m 4 nages en 2008  (4eme du 200m et du 200 m 4 nages en 2010). Championne du monde du 200 m en petit bassin en 2010 (3eme du 4 x 200 m ; 4eme du 100 m). Championne d'Europe en petit bassin du 200 m 4 nages en 2007, du 200 m, 400 m et avec le relais 4 x 50 m mixte en 2012 (3eme du 200 m 4 nages en 2006 ; 2eme sur 400 m en 2008). Championne du monde du 4 x 100 m chez les juniors en 2006 (2eme du 200 m 4 nages et 3eme du 50 m). Depuis avril 2009, elle détient le record d'Europe sur 200 m 4 nages en 2'09"37. Recordwoman du monde du 400 m et du 800 m en petit bassin en novembre 2012. Quatre fois recordwoman de France : du 200 m en 1mn55s40, du 400 m en 4'1"13, du 400 m 4 nages en 4'38"23 et du 100 m en 52"41. Le 12 juillet 2014, un mois avant le début des championnats d'Europe, elle a annoncé à la surprise générale la fin de sa carrière sportive. Elle est décédée le 9 mars 2015, avec notamment la navigatrice Florence Arthaud et le boxeur Alexis Vastine, dans un tragique accident en Argentine, en marge d'un tournage d'une émission de télé-réalité, après la collision de deux hélicoptères affrétés par la production.