Som 14-årig blev Thorpe den yngste mand, der nogensinde repræsenterede Australien, og hans sejr i 400 meter freestyle ved verdensmesterskaberne i Perth i 1998 gjorde ham til den yngste individuelle mandlige verdensmester nogensinde. Efter denne sejr dominerede Thorpe 400 m freestyle, og vandt begivenheden på alle olympiske, verdens-, Commonwealth- og Pan Pacific Swimming Championships indtil hans pause efter OL i Athen i 2004. Ved verdensmesterskabet i vandsport i 2001 blev han den første person til at vinde seks guldmedaljer i et verdensmesterskab. Bortset fra 13 individuelle verdensrekorder på langbane, forankrede Thorpe de australske stativhold, og nummererede sejrene i 4 × 100 m og 4 × 200 m freestyle-stativ i Sydney blandt sine fem stativ verdensrekorder. Hans sejre på 200 m og 400 m og hans bronze i 100 m freestyle
ved Sommer-OL 2004 gjorde ham til den eneste mand, der har vundet medaljer i 100<unk>200<unk>400 kombinationen. Han fik øgenavnet "Torpedo" på grund af sin hurtighed i svømning. Thorpe annoncerede sin pensionering fra konkurrencedygtig svømning i november 2006, med henvisning til aftagende motivation; han gjorde et kort comeback i 2011 og 2012.