Ved de olympiske prøvekampe i 2012 i Omaha, Nebraska, hvor USA kvalificerede sig til OL, kom Anderson for første gang med på det olympiske hold ved at blive sjette i 200-meter freestyle med en tid på 1:58.40, hvilket kvalificerede hende til at svømme i 4x200-meter freestyle som medlem af det amerikanske relay hold. Ved Sommer-OL 2012 i London, svømmede hun for det vindende amerikanske hold i de indledende opvarmninger af kvindernes 4x200 meter freestyle stafette.
og vandt en guldmedalje. Andersons søster, Haley, vandt en sølvmedalje i 10-kilometer åbent vand maraton ved OL i 2012.