McKeon adalah saudara perempuan David McKeon dan putri Ron McKeon yang keduanya juga perenang. Dia menyelesaikan pendidikan menengahnya pada tahun 2012 di Illawarra Grammar School dan kemudian belajar di Griffith University untuk mendapatkan gelar sarjana dalam kesehatan masyarakat dan promosi kesehatan dengan jurusan nutrisi. Dia dilatih oleh Michael Bohl di Griffith University.
McKeon berkompetisi di Olimpiade Pemuda Musim Panas 2010 yang diadakan di Singapura. Dia memenangkan medali emas dalam estafet gaya ganti 4 × 100 meter putri ; medali perak gaya bebas 100 meter dan estafet gaya bebas campuran 4 × 100 meter ; dan medali perunggu di nomor 50 meter gaya bebas, 200 meter gaya bebas, dan estafet gaya ganti 4×100 meter campuran. McKeon memenangkan medali terbanyak dalam renang di Commonwealth Games 2018, dengan empat medali emas dan dua perunggu; menyamai rekor sebelumnya, ditetapkan pada Commonwealth Games 2014, dan dibagikan dengan Ian Thorpe dan Susie O'Neill.
Pada Olimpiade Musim Panas 2020 yang diadakan di Tokyo Jepang, McKeon berhasil meraih empat medali emas. Dia berenang di leg ketiga estafet gaya bebas 4 × 100 meter untuk tim Australia, yang memenangkan medali emas dalam waktu rekor dunia 3:29,69. Pada hari terakhir renang kedua, dia juga memenangkan gaya bebas 100 meter dalam waktu 51,96 (rekor Olimpiade dan waktu tercepat kedua dalam sejarah). Pada hari terakhir dia memenangkan gaya bebas 50 meter dengan catatan waktu Olimpiade lainnya 23,81 dan renang gaya kupu-kupu di tim pemenang medali emas untuk estafet gaya ganti 4 × 100 meter.
McKeon juga memenangkan tiga medali perunggu: dalam gaya kupu-kupu 100 meter (dengan rekor Australia baru 55,72), estafet gaya bebas 4 × 200 meter, dan estafet gaya ganti 4 × 100 meter campuran. McKeon memenangkan tujuh medali di Tokyo, terbanyak oleh perenang wanita mana pun di satu Olimpiade dan yang paling banyak diraih oleh seorang atlet wanita di satu Olimpiade (bersama dengan pesenam Soviet Maria Gorokhovskaya ). Total lima medali emas Olimpiade sepanjang 2016 dan 2020 adalah rekor Australia.