Sarah är simmare och specialiserad på distanserna fjäril- och frisim. Sarah deltog på ungdoms-OS i Belgrad 2007 där hon tog guld på 100 m frisim och brons i lagkappen på samma distans. Hon slog igenom på seniornivå redan som 14-åring när hon i mars 2008 vann EM-guld på 100 meter fjärilsim. Samma år gjorde hon också sin olympiska debut i Peking 2008 och Paris 2024 är Sarahs femte OS.
I Rio 2016 blev Sarah den svenska truppens mest framgångsrika deltagare med tre medaljer (guld på 100 m fjäril, silver 200 m frisim och brons på 100 m frisim). I Tokyo 2021 stod Sarah för en riktig prestation när hon tog silver på 50 m frisim, endast ett halvår efter en olycklig armbågsskada då hon halkade på en isfläck.
Vid hennes femte OS i Paris skrev hon OS-historia som den första svenska kvinna och tredje svenska simmaren genom tiderna att vinna dubbla OS-guld. Sarah vann 50 m frisim på 23,71, bara dagar efter att hon tagit guldet på 100 m frisim.