A voronyezsi lány az 1980-as olimpián az összetett verseny aranyérmese volt, mögötte ezüstérmes holtversenyben Nadia Comaneci és Maxi Gnauck. A következő évben a világbajnokságon összetettben harmadik volt. Versenyzői pályafutásának befejezése után edző lett, tanítványai is komoly sikereket értek el.
Buenos Airesben újonc válogatottként nyert világbajnoki aranyérmet a női tőrcsapattal, majd 1963-ban a gdanski világbajnokságon második helyezettek. Technikás versenyző, igazi csapatember volt . A tokiói nyári játékokon ért sportpályafutása csúcsára, a női tőrcsapat tagjaként olimpiai aranyérmet nyert. Négy évvel később a Mexikóvárosban tartott olimpián, majd a moszkvai vívó-világbajnokságon az ezüstérmes csapat tagja.
Az Illinois állambeli Northbrook-ban nőtt fel és kezdett sportolni. Rövidtávú gyorskorcsolyázással kezdte, később edzője tanácsára áttért a hosszabb távokra. 1971-ben ezüstérmes lett a ISU Sprint Championships-en, ez feljogosította a világbajnokságon való indulásra, ahol 500 méteren világcsúccsal nyert. 1972-ban az olimpia előtt 500 és 1000 méteren is új világcsúcsot futott. Szapporóban a olimpián 1000 méteren bronzérmes, 500 méteren olimpiai csúccsal aranyérmes lett. 16 évével ő volt a sportág legfiatalabb olimpiai bajnoka.
Gyerekkorában asztmás volt, orvosi tanácsra kezdett el úszni. A coloradoi egyetem úszócsapatában a legjobbak között volt, több országos csúcsot úszott. 1996-ban Atlantában az olimpián ő lett az első női versenyző, aki egy olimpián négy aranyérmet nyert – 100 pillangón, 50 gyorson, 4x100 gyorsváltóban, 4x100 vegyesváltóban. Négy évvel később Sydneyben újabb két olimpiai aranyérmet szerzett, 4x100 gyorsváltóban, 4x100 vegyesváltóban. 2007-ben az International Swimming Hall of Fame, 2008-ban az Olympic Hall of Fame tagjává választották.
