2018年，全红婵获2018年广东省青少年跳水锦标赛3项冠军；8月，在广东省第十五届运动会跳水比赛中，获女子丙组双人跳台第2名、单人跳台第3名 。

2019年，全红婵获2019年广东省青少年跳水锦标赛5项冠军 。

2020年8月，全红婵获得广东青少年跳水锦标赛3米跳板和10米跳台等5项冠军1项亚军 。10月4日，在2020年全国跳水冠军赛暨东京奥运会、世界杯预选赛，女子单人十米台决赛中，全红婵以437.75分的总成绩获得冠军 ；因该站的突出表现从而入选国家队 。全红婵入选国家队时，距离奥运会只有不到10个月，实在来不及配新的教练进行磨合，何威仪便被临时借调到国家队，陪着全红婵在北京训练 。

2021年1月21日，在2021年跳水项目奥运会、世界杯选拔赛（第二站）中，全红婵获得女单10米台第五名和女双10米台银牌 。3月14日，在西安奥体中心举行的2021年中国跳水明星赛暨第十四届全运会跳水测试赛女子单人十米跳台决赛中，全红婵以424.55分获得亚军；同日，与卢为搭档以320.82分获得该赛事女子双人十米跳台亚军 。5月13日，在上海举行的2021年全国跳水冠军赛暨东京奥运会选拔赛、全运会跳水资格赛中，全红婵以440.85分蝉联该赛事女子单人十米跳台冠军 。7月，因在三站奥运选拔赛中两夺冠军，全红婵以总积分第一的成绩获得奥运资格，成功入选2020年东京奥运会中国体育代表团跳水项目运动员名单，刘犇也成为全红婵国家队主管教练陪同出征奥运 。8月5日，全红婵以五跳三跳满分总466.2分（注：整套动作满分是477分）打破世界纪录夺得2020东京奥运会跳水女子单人10米跳台金牌 。9月6日，全红婵领衔的广东队以领先亚军138分的优势豪夺中华人民共和国第十四届运动会跳水女子团体金牌，其代表广东队参与的跳水女子团体项目中的单人10米台，全红婵也以413.90分排名第一 。9月12日，在中华人民共和国第十四届运动会跳水女子单人十米台决赛中，全红婵以419.25获得本届全运会个人第二枚金牌 。9月15日，习近平主席在陕西大会堂会见了全国体育系统先进集体、先进工作者代表、东京奥运会中国体育代表团运动员和教练员代表等，习近平主席特意在全红婵面前停下来夸赞其“水跳得好”；同时，全红婵也以运动员身份获表彰“全国体育系统先进工作者和劳动模范” 。9月29日，广东省人民政府给予参加第32届奥运会获得冠军的全红婵“个人记大功”奖 。10月1日-3日19:48分，广东体育频道连续三天播出全红婵特别节目《全游记》 。10月5日，奥运冠军全红婵以颁奖嘉宾的身份被母校广州体育职业技术学院邀请出席广州市第十八届青少年运动会跳水比赛，同时全红婵也受邀在该学院“冠军手印墙”上印制了冠军手模 。10月15日，“奥运冠军进校园 励志少年助成长”之“奥运冠军全红婵广东实验中学校园行”，校长全汉炎给全红婵颁发“广东实验中学荣誉学生”荣誉证书，同时在名校广东实验中学校园里，全红婵亲自种下了冠军树，播下冠军种子，寓意校园未来将孕育出更多人才，为国家为社会作出更多贡献 。10月中旬，全红婵再次作为颁奖嘉宾出席2021广东省青少年跳水锦标赛，并为获奖选手颁奖 。10月26日，全红婵参加由北京2022年冬奥会和冬残奥会组织委员会、中央广播电视总台联合主办的《一起向未来——北京2022年冬奥会倒计时100天主题活动》，并与众多奥运冠军等一起演唱歌曲《一起向未来》和《我们北京见》 。12月，陈若琳出任全红婵国家队的主管教练 。12月15日，全红婵入围劳伦斯世界体育奖“年度最佳突破”候选 。12月20日，第15届国际泳联世界短池游泳锦标赛“跳水表演赛”在阿联酋阿布扎比举行，全红婵首次在海上挑战10米台“跳海”，其代表中国跳水队团体参加的女子单人10米台和男女混合双人10米台（与李政搭档）均取得单项第一，但因为队友参加的男子单人3米板和男子单人10米台均出现严重失误，最终中国错失金牌获得团体铜牌 。12月26日，由全红婵等55位世界冠军共同唱响《我们北京见》MV发布 。

2022年1月24日，被誉为英国“诺贝尔奖”的大本钟奖公布获奖名单，全红婵荣获“2021年度大本钟奖之璀璨未来奖” 。4月21-26日，本应该在这期间举行的全国跳水冠军赛（暨世锦赛和亚运会资格赛）受疫情影响推迟，中国国家跳水队在这期间组织新一轮的队内测验，女子双人10米台，全红婵新搭档陈芋汐，两人的最终成绩349.74分获得第一，也超过了队内设置的达标线近10分 ；女子单人十米跳台，全红婵以450.15高分夺得第一名 。5月28日，中国跳水队队内测试赛，全红婵搭档陈芋汐在女子双人十米台拿到369.24分，创下两人配对以来的最高分数 。6月9日，中国跳水协会公布2022年国际泳联第19届游泳世锦赛名单，奥运冠军全红婵在列 。6月27日，在2022年世界游泳锦标赛跳水项目女子单人十米台决赛中，全红婵虽然拿到了三个10分满分，但由于207C出现比较大的失误，最终以0.3分微弱差距屈居亚军 。6月29日，国际泳联第19届世界游泳锦标赛（19th FINA World Championships）跳水项目3米板/10米台混合全能比赛中，全红婵/白钰鸣联手以391.40分夺得金牌，为中国跳水队迎来自从1982年参加世锦赛以来的第100枚金牌 。6月30日，在2022年布达佩斯世界游泳锦标赛跳水女子双人十米台决赛中，中国组合全红婵/陈芋汐以总分368.40分夺得金牌 。9月19日，国家体育总局授予全红婵“国际级运动健将”称号 。10月10日，中国跳水队公布柏林世界杯的参赛名单，其中全红婵、陈芋汐联袂出战女子十米台单双人两个项目。 10月20-23日，参加在柏林举办FINA跳水世界杯，女子10米台、女双10米台。 10月20日，女子单人十米台，全红婵以418.50分排在预赛首位。 10月21日，2022年跳水世界杯结束首个比赛日争夺，全红婵在女子单人10米台预赛中以418.50分高居预赛首位，她在此前容易失误的207C（向后翻腾三周半抱膝）动作中得到单跳最高的92.40分，其中一位裁判给出10分。这是本届世界杯上第一个满分，也是当天比赛中唯一一个满分。10月21日晚，女子双人十米台的决赛比拼上演，中国组合陈芋汐/全红婵以总分349.8分夺得跳水世界杯女子双人十米台冠军。 当地时间10月22日，2022年国际泳联跳水世界杯女子10米台决赛中，中国选手全红婵总得分430.45分获得亚军。

2023年3月19日-3月25日，参加2023年全国跳水冠军赛。 3月19日，在2023年全国跳水冠军赛暨奥运会、福冈世锦赛、亚运会、成都大运会选拔赛中，全红婵与陈芋汐搭档出战女子双人十米台决赛，最终以362.04分收获冠军。 3月21日，2023年全国跳水冠军赛女子10米台决赛中，全红婵以405.85获得亚军。 4月，2023年跳水世界杯西安站，最后一跳全场最高分，全红婵/陈芋汐提前锁定女子双人10米板冠军。 4月14日，2023年跳水世界杯西安站拉开帷幕，在女子双人十米台决赛中，全红婵/陈芋汐发挥出色，五跳总分373.20分，轻松夺得冠军。 4月16日，2023年跳水世界杯西安站女子10米台决赛，全红婵获得亚军。 5月6日，2023年世界泳联跳水世界杯蒙特利尔站女子双人10米台决赛中，全红婵/陈芋汐以总分378.60分获得冠军。 5月8日，2023年跳水世界杯蒙特利尔站女子10米台决赛，全红婵以458.20分获得冠军，成为本站赛事的双金王。 6月7日，全红婵入选2023年世界游泳锦标赛参赛名单。 6月30日，全红婵入选中国国家跳水队参加杭州第19届亚运会的12人名单。 7月16日，福冈游泳世锦赛女子双人十米跳台决赛，全红婵/陈芋汐以总分369.84分夺得冠军。 7月19日，在2023年世界游泳锦标赛跳水女子10米台决赛中，全红婵以445.60分获得亚军。 8月4日，在2023年世界泳联跳水世界杯总决赛女子双人10米台决赛中，陈芋汐/全红婵以362.76分的总成绩夺得冠军。 8月6日，跳水世界杯女子10米台决赛，全红婵以408.10分收获银牌。 9月，杭州第19届亚运会中国体育代表团成立，入选跳水项目大名单。 9月30日，杭州第19届亚运会女子双人10米跳台决赛，陈芋汐/全红婵以375.30的成绩获得金牌。 10月3日，在杭州第19届亚运会女子单人10米跳台决赛中，全红婵以438.20的成绩获得金牌。 11月，在2023年全国跳水锦标赛女子10米台决赛，全红婵以427.60分获得亚军。 11月，2023年全国跳水锦标赛，女子双人十米台决赛，全红婵/陈芋汐获得冠军。 12月1日，多哈游泳世锦赛跳水选拔赛（第二站），全红婵以415.00获得女子单人10米跳台亚军。 12月3日，2023年全国跳水锦标赛暨巴黎奥运会、多哈世锦赛选拔赛第二站女子双人10米跳台决赛中，全红婵/陈芋汐以362.04的成绩夺得冠军。

2024年2月6日，在2024年世界游泳锦标赛跳水女子10米跳台决赛中，全红婵五跳总分436.25分夺得冠军，全红婵首夺世锦赛单人项目金牌，成就生涯大满贯。 2月7日，在2024年世界游泳锦标赛女双10米台比赛中，陈芋汐/全红婵获得冠军，实现了世锦赛女双10米台三连冠。 3月3日凌晨，2024年跳水世界杯蒙特利尔站进行了女子双人十米台决赛的较量。中国组合全红婵/陈芋汐以368.82分的成绩夺得冠军。 3月4日，2024年跳水世界杯蒙特利尔站女子10米台决赛，全红婵以5轮总分411.45，摘得银牌。 3月25日，在2024年世界泳联跳水世界杯柏林站女子10米台决赛中，全红婵以432.80分的成绩夺得冠军。 4月19日，在2024世界泳联跳水世界杯总决赛女子双人10米台的决赛中，全红婵 /陈芋汐五跳获得364.86分，无悬念夺金。 4月21日，在世界泳联跳水世界杯总决赛女子10米台决赛，全红婵410.70分摘银。 6月18日，全红婵入选中国国家跳水队参加2024年巴黎奥运会的运动员名单。 7月31日，巴黎奥运会跳水女子双人10米台比赛，中国组合陈芋汐、全红婵夺得金牌。