A los once años, Phelps comenzó a entrenar de forma intensiva y nadaba al menos cinco horas al día. Unos años más tarde, su capacidad pulmonar alcanzó los 15.000 ml, lo que le permitió reducir el número de respiraciones y aumentar la distancia que podía nadar en el agua. En los Juegos Juveniles de Estados Unidos de 1999, Phelps, de 14 años, rompió el récord de 200 metros mariposa para el grupo de 20 años. En una competición de natación celebrada en Estados Unidos en 2006, Phelps, de 16 años, rompió el récord mundial en los 200 metros mariposa y ganó el primer título mundial de su carrera en el Campeonato Mundial de Fukuoka ese mismo año.
Durante el Campeonato Mundial de Natación Acuática de Barcelona de 2003, ganó 6 medallas y estableció 5 récords mundiales, estableciéndose dos nuevos récords el mismo día en los 100 m mariposa y los 200 m individuales de natación mixta. En los Juegos Olímpicos de Atenas 2004, Phelps ganó 6 medallas de oro y 2 medallas de bronce en los 200 m y 400 m combinados individuales masculinos, 100 m mariposa, relevos 4x200 m estilo libre y 4x 100 m relevos combinados.
En los 400 metros combinados masculinos de los Juegos Olímpicos de Beijing 2008, Phelps batió el récord mundial con un tiempo de 4:03.84. En estos Juegos Olímpicos, Phelps ganó 8 medallas de oro, convirtiéndose en el jugador con más medallas de oro en estos Juegos Olímpicos. En los Juegos Olímpicos de Londres 2012, Phelps ganó 4 medallas de oro. Esta fue su medalla olímpica número 22, convirtiéndose en el atleta con más medallas y medallas de oro en la historia olímpica. Phelps anunció su retiro tras ganar su 23ª medalla de oro olímpica en Río. Aunque el "Pez Volador" estadounidense se ha retirado, su récord y sus logros siempre quedarán registrados en el largo río de la historia.