Lilly King começou a nadar ainda criança ao lado de seu irmão no estado americano de Indiana. Talentosa desde cedo chegou a Universidade de Indiana e em sua primeira temporada universitária foi campeã de tudo que disputou incluindo o NCAA, principal campeonato universitário do país. Meses depois conseguiu vaga na seleção olímpica para os Jogos do Rio-2016 após superar nomes mais consagrados e ser a melhor peitista do país.
No Rio fez uma campanha sólida, batendo as favoritas Yulia Efimova e Ruta Meilutyte nos 100m peito para sagrar-se campeã olímpica com apenas 19 anos. O mais surpreendente é que aquela era sua primeira grande competição internacional pela seleção americana e logo de cara já conquistava a tão cobiçada medalha ouro. Também integrou o revezamento 4x100m medley campeão olímpico.
Na Olimpíada teve início sua rusga e forte rivalidade com Efimova, que por muito pouco não foi impedida de nadar no Rio-2016 devido ao escândalo de doping dos russos. Campeã da prova, King provocou a adversária e disse lutar por um esporte limpo e sem doping.
No Campeonato Mundial de Budapeste-2017 fez uma campanha ainda melhor, conquistando os títulos mundiais nos 50m e 100m peito com novos recordes mundiais superando mais uma vez sua desafeta. King ainda ganhou outros dois ouros em revezamento novamente com recordes mundiais. No ano seguinte fez um Campeonato Pan-Pacífico sem brilho, conquistando uma medalha de ouro nos 100m peito e uma de prata nos 200m peito, mas muito longe de suas melhores marcas.
No Campeonato Mundial de Gwangju-2019, a americana voltou a brilhar e ser campeã mundial nos 50m e 100m peito, além de peça chave nos revezamentos medley dos Estados Unidos. Neste evento demonstrou cordialidade ao cumprimentar sua rival e trocar algumas palavras com ela, diferentemente de Mack Horton, Duncan Scott e Sun Yang que protagonizaram cenas lamentáveis no Mundial.
Considerada por especialistas como a melhor nadadora de peito da atualidade ao lado de Efimova, King treina na Universidade de Indiana. Hoje King busca uma nova era de domínio no nado peito internacional, algo que não se vê desde o tempo de sua compatriota Rebecca Soni.
