Hosszú 2004-ben robbant be a magyar felnőtt mezőnybe, első nagy sikerét 2009-ben a római világbajnokságon aratta, ahol 400 méter vegyesen diadalmaskodott. Karrierje legsikeresebb időszakának csúcsaként a 2016-os riói olimpián három aranyat és egy ezüstöt nyert: 200 és 400 méter vegyesen győzött, utóbbi számban azóta is érvényben lévő világcsúccsal, valamint 100 méter háton sem talált legyőzőre, míg 200 méter háton második lett.
Pályafutása során kilenc nagymedencés világbajnoki és 15 Európa-bajnoki aranyat nyert.
Hosszú eddigi utolsó versenyén, Rómában az Európa-bajnokságon a 4x200 méteres gyorsváltó tagjaként nyert bronzérmet, amely a 97. érme volt világversenyeken (olimpia, vb, Eb).
