그는 5살 때 의사의 추천으로 천식을 치료하기 위해 수영을 처음 시작했다. 대청중학교 3학년 때인 2004년 대한민국 선수단 중 최연소 국가 대표로 주목을 받으며 아테네 올림픽에 참가했으나 자유형 400m 예선에서 긴장으로 인한 부정출발로 실격당했다.

2005년 한 해 동안 무려 여섯 개의 대한민국 신기록을 세우며 '신동' 소리를 들었다. 2005년 11월, 마카오 동아시아 경기 대회에서 자유형 400m에서 3분 48초 71로 대한민국 신기록을 세우며 금메달을, 자유형 1500m에서 15분 00초 32로 아시아 신기록을 세우며 은메달을 땄다. 1500m는 이 때가 생애 첫 출전이었다.

2006년 카타르 도하에서 열린 제15회 아시안 게임에서 금메달 3개, 은메달 1개, 동메달 3개를 획득하는 기염을 토하며 아시안게임 최우수 선수로 선정되었다. 이후 그는 태릉선수촌을 나와 개인 훈련에 돌입했고, 이 과정에서 코치 교체 등 잡음에 시달리기도 했다.

2007년 1월부터는 괌과 세계 선수권 대회가 열리는 오스트레일리아 멜버른에서 2개월 여 동안 전지훈련을 실시했다. 그리고 2007년 3월 25일에 열린 세계 선수권 대회 자유형 400m 경기에서 예선 2위의 성적으로 결승에 진출했다.

결승전에서 그는 350m 지점까지 4위를 달리다가 마지막 50m에서 역영을 펼쳐, 3분 44초 30으로 2·3위를 기록한 튀니지의 오우사마 멜로리와 오스트레일리아의 그랜트 해켓을 제치고 금메달을 획득했다.

이 기록은 자신이 갖고 있던 대한민국 기록이자 아시아 기록을 1초 42 앞당긴 것이다. 2007년 8월 21일에는 프레 올림픽 대회인 2007 일본 국제 수영대회 400m 자유형에서 3분 44초 77의 기록으로 금메달을 획득했다.

박태환은 2008년 단국대학교 사범대학 체육교육과에 정식으로 입학하여 현재 경기도 용인시 죽전캠퍼스에 재학 중이다. 그동안 단국대뿐만 아니라 서울대·연세대·고려대·한체대 등 대학들로부터 러브콜을 받아왔다. 박태환과 가족의 결정은 간판보다 장래 진로에 대한 확실한 보장을 더욱 고려했던 것으로 알려졌다. 본인도 이번 결정에 "만족하고 있다"고 밝혔다. 박태환의 꿈은 현역 선수 생활을 마친 뒤 대학교수가 되는 것이다.

2008년 1월부터는 12월 까지 배우겸 가수 윤은혜와 함께 의류 제조 업체 베이직하우스의 제6대 광고 모델로 활동 하였다.  또한 김연아와 함께 출연했던 다이내믹 코리아 홍보대사와 KB국민은행 광고를 시작으로 SK텔레콤 휴대폰 광고, '2009 코리아매치컵 세계요트대회'의 홍보대사와 우유소비홍보대사로 활동하였고 2010년에는 서울교육청은 추진하는 ‘서울 학생 7560+ 운동’의 저변 확대를 위해 그룹 소녀시대의 서현과 홍보대사로 선정되기도 했다.

한편 2008년 베이징올림픽에서 한국 수영 사상 첫 금메달에 은메달까지 추가하며 한국 최고의 스타로 떠오른 박태환이 중국으로 출국하기 전부터 광고모델 요청을 20건 넘게 받은 것으로 밝혀졌다. 2008년 8월 10일에는 베이징의 2008년 하계 올림픽에서 아시아 최초로 수영 400m 자유형에서 3분 41초 86의 기록으로 그랜트 해켓, 장린 등을 꺾고 금메달을 획득하였다. 이어 8월 12일에 벌어진 수영 200m 자유형 종목에서 1분 44초 85의 기록으로 마이클 펠프스에 이어 은메달을 차지했다.

올림픽 이후 심적 부담감 등의 이유로 심각한 부진에 빠진 박태환은 2009년 세계선수권 대회에서 자유형 200m, 400m, 1500m 전종목 예선탈락이라는 부진에 빠지게 된다.전신수영복에 대해 적응을 못하던 그는 2010년 1월 1일 부터 전신수영복 금지 규정이 생기면서 다시 한 번 재기의 기회를 노렸다. 2010년4월 부터 80일간 호주 전지훈련에 매달린 그는 1500m를 집중적으로 훈련하고 지구력 위주로 훈련을 하게 된다.

2010년8월 19일 2010 팬퍼시픽 수영 선수권 대회에서 200m 은메달을 손에 거머쥐으며 부활의 신호탄을 올렸다. 하지만 하루에 두 경기를 소화한 박태환은 주종목인 1500m에서는 8위 라는 부진한 성적을 내게 된다. 그러나 2010년 8월 21일에 열린 남자 자유형 400m에서 중국의 장린을 따돌리고 전대회에 이어 2연패를 하게 된다.

한편 박태환은 2005년 울산 전국체전, 2007년 광주, 2008년 전라남도 전국체육대회에서 MVP를 수상하였으며 그동안 2005년 전국체전 4관왕, 2006년 ~ 2008년 연속 5관왕에 올랐다. 또한 2004년 아테네 올림픽 수영 국가대표, 2006년 도하 아시안게임 수영 국가대표, 2008년 제29회 베이징 올림픽 수영 국가대표로 뽑혔다.

2010년 11월 14일 중국 광저우에서 열린 제 16회 아시안 게임 남자 200m 자유형에서 자신이 가지고 있던 아시아 최고 기록을 0.05초 앞당기면서 금메달을 땄다. 남자 400m 자유형, 남자 100m 자유형에서도 나서 금메달을 획득하였다. 이로써 전 대회(2006년 도하)에 이은 2대회 연속 3관왕이라는 대기록을 쌓게 되면서 한국 수영사의 최고의 대기록을 수립하게 된다. 이에 대해서 도핑검사를 여느 선수보다 많이 받았다.

주요 수상경력

16회 광저우 아시안게임 수영 남자 400m 혼계영 은메달