Junior prodige, elle a été la grande surprise des championnats d'Europe 2006 où elle s'est imposée sur quatre distances : 50 m, 100 m en battant le record du monde en 53"30 (puis 52"85 et 52"56 en juin et 52"22 en juillet 2009), et avec les relais 4 x 100 m et 4 x 200 m en établissant deux autres records planétaires (3'35"22 et 7'50"82). Egalement championne d'Europe du 50 m en 2012, avec le relais 4 x 100 m en 2002 et 2012 et avec le relais 4 x 100 m 4 nages en 2012 (2eme du 100 m en 2012). En 2008 à Pékin, elle a été la sensation sur 100 m en remportant le titre olympique, devançant les grandes favorites Lisbeth Lenton-Trickett et Natalie Coughlin ! Quelques jours plus tard, elle gagne le 50 m et réussit ainsi un doublé olympique historique, le troisième de l'histoire après celui de Kirstin Otto en 1996 et Inge De Bruijn en 2008 ! Elle termine 3eme avec le relais 4 x 200 m en 2000 et 4eme du 50 m en 2012 et avec le relais 4 x 100 m en 2004.  Championne du monde du 50 et 100 m en 2009, avec à chaque fois avec un record du monde à la clef (52"07 sur 100 m ; 23"73 sur 50 m). Elle est la troisième nageuse à réussir ce doublé après Inge De Bruijn en 2001 et Lisbeth Lenton en 2007. Elle appartient également au club restreint des quatre nageuses ayant remporté le titre olympique, mondial et européen sur la distance reine du 100 m (avec les allemandes de l'est Kornelia Ender , Barbara Krause et Kristin Otto ). Vice-championne du monde avec les relais 4 x 200 m en 2007 et  4 x 100 m en 2009 (3eme sur 100 m et 4eme sur 50 m en 2007 ; 3eme du relais 4 x 100 m 4 nages en 2009 ; 3eme du relais 4 x 100 m en 2011). En petit bassin, elle a été championne du monde du 100 m en 2012 et championne d'Europe du 50 m en 2011, du  100 m en 2007 et 2011 et du relais 4 x 50 m en 2011.