Seebohm hade världsrekordet på 50 m ryggsim ett kort tag under 2008.[1] Vid olympiska sommarspelen 2008 kom Seebohm på en nionde plats på 100 meter ryggsim och hon var en del av det australiska stafettlag som vann guld på 4 x 100 meter medley.[2]
Vid VM 2009 i Rom tog Seebohm en bronsmedalj på 100 meter ryggsim och en silvermedalj på 4 x 100 meter medley.[3] Hon tog sin första individuella olympiska medalj i London 2012, en silvermedalj på 100 meter ryggsim, hon tog också en guldmedalj på 4 x 100 meter frisim samt en silvermedalj på 4 x 100 meter medley.[4]
I juni 2021 kvalificerade sig Seebohm till OS i Tokyo efter att slutat tvåa på 100 meter ryggsim med en tid på 58,59 vid de australiska OS-uttagningarna.[6] Hon blev blott den tredje australiska simmaren att delta i fyra olympiska spel (tillsammans med Cate Campbell och Leisel Jones).[7] Vid OS i Tokyo tog Seebohm guld som en del av Australiens lag på 4×100 meter medley (deltog endast i försöksheatet) och tog individuellt ett brons på 200 meter ryggsim.[8][9]