Le Roi Léon, il est la nouvelle sensation de la nage libre avec 5 titres mondiaux  (200 m 4 nages et 400 m nages en 2022 et 2023 puis 200 m papillon en 2023) et 4 titres olympiques en 2024 (200 m brasse, 200 m papillon, 200 m 4 nages et 400 m 4 nages). Il s'annonce, à 22 ans en 2024, comme la nouvelle star de la natation tricolore après son sacre mondial sur 400 m 4 nages en 2022 en battant le record d'Europe avec 4mn04s28 soit la deuxième meilleure performance mondiale derrière le record du monde de Michael Phelps établi aux JO de Beijing en 2008 en 4mn03s84. Il est devenu le 8eme champion du monde français à titre individuel. Peu après il remporte le titre mondial sur 200 m 4 nages réalisant un doublé que seul deux autres nageurs l'ont également réussi avant lui, les légendes américaines Ryan Lochte et Michael Phelps . Il est le premier nageur français de l'histoire détenteur de cinq couronnes mondiales et le 3eme nageur français à décrocher deux titres mondiaux la même année (2022 et 2023) après Laure Manaudou à Melbourne en 2007 et son frère Florent Manoudou à Kazan en 2015. Il conserve son titre mondial sur 200 m 4 nages et sur 400 m 4 nages en 2023 en pulvérisant le vieux record du monde établi par Michael Phelps sur 400 m 4 nages avec 4mn02s50 (contre 4mn03s84 pour Phelps en 2008). Il termina 2eme du 200 m papillon derrière le Hongrois Kristof Milak en 2022. Il a été élu 'Meilleur nageur des Mondiaux' en 2023. Cinq fois champion de France en 2023 (200 m, 200 m brasse,  200 m papillon, 200 et 400 m 4 nages) et quatre fois en 2024 (200 m, 200 m brasse, 200 et 400 m 4 nages).

S'entraînant aux Etats-Unis avec l'ancien mentor de Michael Phelps , Bob Bowman, il a remporté les titres du 200 yards 4 nages et du 200 yards brasse aux championnats NCAA (universitaire) en 2022 sous les couleurs d'Arizona State. Un an plus tard aux championnats NCAA en mars 2023, il a pulvérisé les records du 200 et 400 m yards 4 nages et du 200 yards brasse. Puis au finales NCAA en 2024, il s'est offert cinq titres en établissant 4 record universitares (500 yards, 400 yards 4 nages, 200 yards brasse) ! Il a été élu meilleur nageur des finales NCAA en 2024.

Immense favori français pour les JO de Paris en 2024, il a remporté son premier titre en s'imposant sur le 400 m 4 nages suivis de deux autres titres remportés dans la soirée du 31 juillet : le  200 m brasse et le 200 m papillon puis un 4eme titre sur le 200 m 4 nages le 2 août. Il a ainsi réussi son pari fou de remporter deux titres olympiques individuels en l'espace de deux heures, un doublé jamais réalisé dans l'histoire de la natation. Tout d'abord titré sur le 200 m papillon, il remporte peu après le 200 m brasse, son 3eme titre à Paris après le 400 m 4 nages. Avec 4 titres remportés lors d'un même Olympiade, il est la première athlète françaisà à décrocher quatre médailles au cours des mêmes Jeux. L'ancien record appartenait au skieur Jean-Claude Killy avec trois médailles d'or individuelles remportées lors des JO de Grenoble en 1968. Il est désormais le Français le plus titré en individuel lors d'un même Olympiade et le quatrième nageur à réussir un tel exploit après les Américains Michael Phelps et Mark Spitz et la nageuse allemande Kristin Otto . Il ajoute une médaille de bronze à son palmarès oympique avec le relais 4 x 100 m 4 nages.

Pour sa première participation de la Coupe du monde en petit bassin à Shanghai en octobre 2024, il a établi les records de France sur chacune des quatre épreuves qu'il a disputées (100 m 4 nages, 200 m 4 nages, 400 m 4 nages et 200 m brasse) avec un record d'Europe sur 200 m 4 nages. Lors de la deuxième étape à Incheo, il s'est adjugé les trois titres du quatre nages. A l'occasion de la troisième étape à Singapour, il a battu le record d'Europe sur le 100 m 4 nages en 49s92 devenant ainsi le deuxième nager de l'histoire, après l'Américain Caeleb Dressel, sous les 50 secondes ! Le lendemain, il devient recordman du monde du 200 m 4 nages en petit bassin en 1mn48s88 effaçant le record du monde de l'Américain Ryan Lochte ( 1mn49s63). Il signe ainsi le deuxième record du monde de sa carrière après celui du 400 m 4 nages en grand bassin de Michael Phelps établi aux Mondiaux de Fukuoka en 2023.

Il a été élu 'Nageur de l'année' en 2024 par World Aquatics (ancien FINA).

Il est issu d'une famille de nageurs : son père Xavier Marchand avait remporté l'argent mondial sur 200 m 4 nages à Perth en 1998, sa mère Céline Bonnet a été plusieurs fois championne de France et son oncle Christophe a remporté la médaille de bronze européenne avec le relais 4 x 200 m en 1993.