Filha de pais nadadores, Fabiola Molina começou no esporte aos quatro anos de idade para aliviar sintomas de bronquite. Com seis anos passou a nadar e treinar na Associação Esportiva São José, equipe que defendeu em vários momentos de sua carreira e onde criou fortes vínculos afetivos. Na infância também chegou a praticar ginástica artística, mas optou por permanecer nas piscinas.
Aos 13 anos de idade conquistou seu primeiro título estadual e em seguida passou a colecionar medalhas e vitórias em competições nacionais, chegando a seleção brasileira principal em 1990. No ano seguinte disputou seu primeiro grande evento internacional, os Jogos Pan-Americanos de Havana. Em 1993 mudou-se para os Estados Unidos para estudar e treinar na Universidade do Tennessee.
Na década de 1990 conquistou medalhas em Jogos Pan-Americanos e Campeonatos Sul-Americanos, além de brilhar nas disputas do Troféu Brasil e Troféu José Finkel. Com esses resultados Fabiola tornou-se um dos principais nomes da natação feminina brasileira.
Porém, foi na década seguinte que ela conquistou seus melhores resultados batendo diversos recordes sul-americanos, chegando constantemente à semifinais em Campeonatos Mundiais e colecionando medalhas em etapas da Copas do Mundo. Uma das medalhas mais importantes da carreira veio nos 50m costas na disputa do Campeonato Pan-Pacífico de Irvine em 2010.
Ao todo, Fabiola disputou três Jogos Olímpicos em Sydney-2000, Pequim-2008 e Londres-2012. Ela deixou a natação profissional em 2013 durante o evento que promove ao lado do marido Diogo Yabe: o Swim 4 Change. Na ocasião, Fabiola nadou os últimos 50 metros da sua carreira e celebrou a carreira ao lado de crianças atendidas pelo projeto social e outros nadadores da seleção brasileira.
Hoje Fabiola é mãe de duas meninas e uma bem-sucedida empresária do ramo de moda praia do Brasil com coleções de sungas, biquínis e sunquínis que fazem sucesso em todo o mundo. A marca Fabiola Molina foi criada quando a nadadora vivia nos Estados Unidos e com o tempo tornou-se uma das maiores do país. Além de atuar no ramo empresarial, Fabiola e comentarista da TV Record e assumiu um cargo na Secretaria de Esportes do Governo Federal.
