Schwimmen seit 2003

Ihre Karriere im Schwimmsport begann die junge US-Amerikanerin im Alter von sechs Jahren; mit ihrem älteren Bruder nahm sie damals im Summer League Swim Team teil. In ihrer Altersgruppe setzte sie im Laufe der Jahre 2011 und 2012 verschiedene neue Rekorde und nahm von Ende Juni bis Anfang Juli an den United States Olympic Trials, dem Schwimmqualifikationsturnier der Vereinigten Staaten, im CenturyLink Center Omaha in Omaha, Nebraska teil. Dies war gleichzeitig auch ihr erster Wettbewerb im Erwachsenensport, nachdem sie zuvor ausschließlich im Jugendbereich eingesetzt wurde.

In der Qualifikation setzte sich Ledecky über 800 m mit einer Zeit von 8:19,78 min klar durch und hatte dabei einen Vorsprung von mehr als zwei Sekunden auf die Zweitplatzierte Kate Ziegler. In Omaha wurde Ledecky auch Dritte über 400 m Freistil (4:05,00 min) und Neunte über 200 m Freistil (1:58,66 min). Ihr dritter Platz in der Disziplin 400 m Freistil ist die schnellste Zeit, die jemals von einer 15- bzw. 16-jährigen Amerikanerin geschwommen wurde. Damit brach sie in ihrer nationalen Altersgruppe den Rekord von Janet Evans, der bereits seit 24 Jahren bestand.

Olympische Sommerspiele 2012

Mit 15 Jahren war Katie Ledecky die jüngste Teilnehmerin der Vereinigten Staaten an den Olympischen Sommerspielen 2012.

Bei den Olympischen Spielen nahm sie am 2. August an den Vorläufen über 800 Meter Freistil teil, kam in ihrer Gruppe mit einer Zeit von 8:23,84 min auf den ersten Platz und hatte dabei in der Gesamtbewertung hinter Rebecca Adlington und Lotte Friis die drittschnellste Zeit vorzuweisen. Beim Hauptbewerb am nachfolgenden Tag konnte sich die 15-Jährige gegen alle Favoritinnen durchsetzen, befand sich den Großteil des Rennens auf Weltrekordkurs und stellte mit einer Zeit von 8:14,63 min einen neuen US-amerikanischen Rekord und einen gesamtamerikanischen Rekord auf. Damit brach sie den seit dem 20. August 1989 bestehenden und von Janet Evans bei den Pan Pacific Swimming Championships 1989 in Tokio aufgestellten Rekord von 8:16,22 min um fast zwei Sekunden. Ihre persönliche Bestleistung steigerte sie dabei innerhalb nur eines Monats um fünf Sekunden.

Der Hauptunterschied ihrer Schwimmtechnik liegt in der Beinarbeit. Während andere Athletinnen einen 6er-Rhythmus verwenden, schwamm Katie Ledecky lediglich mit einem 2er Rhythmus. Das heißt pro Armzyklus zwei Beinschläge. Dadurch konnte sie sich viel Energie sparen, da die Beinmuskulatur der größte Muskel des menschlichen Körpers ist und somit am meisten Sauerstoff verbraucht.

Zur Zeit ihrer Olympiateilnahme gehörte sie der Stone Ridge School of the Sacred Heart in Bethesda, Maryland an.

Bei den Schwimmweltmeisterschaften 2013 in Barcelona gewann sie über 400 m Freistil sowie jeweils mit Weltrekord über 800 und 1500 m Freistil und mit der 4 × 200-m-Freistilstaffel Gold.

Bei den Pan Pacific Swimming Championships 2014 in Gold Coast gewann sie neben den 400, 800 und 1500 m Freistil sowie mit der 4 × 200-m-Freistilstaffel auch über die 200 m Freistil, die sie neu in ihr Wettkampfprogramm aufgenommen hatte, ebenfalls Gold.

Die Schwimmweltmeisterschaften 2015 in Kasan dominierte sie ebenfalls über die langen Freistilstrecken, wobei sie über 800 und 1500 m Freistil ihre eigenen Weltrekorde abermals unterbot und auch zum ersten Mal über 200 m Freistil überraschend und knapp, auf der Außenbahn schwimmend, sich gegen die starke Konkurrenz durchsetzte und Weltmeisterin wurde. Mit ihrer fünften Goldmedaille mit der 4 × 200-m-Freistilstaffel wurde sie zur besten Schwimmerin dieser Titelkämpfe.

Olympische Sommerspiele 2016

Nachdem es bei den Olympischen Sommerspielen 2016 in Rio de Janeiro mit der 4 × 100-m-Freistilstaffel, in der sie zum ersten Mal mit dabei war und diese als Einschwimmen für die nachfolgenden Wettbewerbe nutzte, nur zu Silber reichte, gewann sie über 200 m Freistil, jeweils mit Weltrekord über 400 und 800 m Freistil und mit der 4 × 200-m-Freistilstaffel ihre nächsten vier olympischen Goldmedaillen.

Bei den Schwimmweltmeisterschaften 2017 in Budapest gewann sie zu Beginn die 4 × 100-m-Freistilstaffel und wie erwartet die 400 und 1500 m Freistil. Über 200 m Freistil ebenfalls favorisiert, unterlag sie jedoch überraschend Federica Pellegrini und gewann nur Silber. Erwartungsgemäß schloss sie ihre Wettbewerbe mit den Goldmedaillen über 800 m Freistil und mit der 4 × 200-m-Freistilstaffel ab.

Olympische Sommerspiele 2020

Bei den Olympischen Spielen 2020 musste sie sich zunächst auf ihren Paradestrecken zweimal geschlagen gegeben: Sowohl über 200 als auch über 400 m Freistil konnte sie ihre Olympiatitel nicht verteidigen. Über 400 m musste sie sich als Zweite der Australierin Ariarne Titmus geschlagen geben. Über 200 m wurde Ledecky etwas überraschend gar nur Fünfte. Das Rennen wurde wiederum von Titmus gewonnen. Auf der erstmals bei Olympischen Spielen berücksichtigen Disziplin 1500 m Freistil gewann sie aber schließlich ihre erste Goldmedaille bei diesen Spielen, ihre insgesamt sechste. Es folgte auch noch die Goldmedaille über 800 m Freistil.