Siendo una estudiante y nadadora en la Universidad de Berkeley, en California, fue elegida en tres ocasiones como la mejor nadadora universitaria del año a nivel nacional (2001, 2002 y 2003), y solo fue derrotada en una ocasión (en 2004 por Kirsty Coventry) en competiciones universitarias, si exceptuamos el primer año.

Era la tercera nadadora en la historia de su país en ganar cinco medallas en unos Juegos tras Shirley Babashoff y Dara Torres.

Además, en la prueba de relevos 4x200 metros las estadounidenses establecieron un nuevo récord mundial con 7:53,42.

El cuarteto lo formaban por este orden Natalie Coughlin, Carly Piper, Dana Vollmer y Kaitlin Sandeno.

Coughlin es una de las mejores nadadoras del mundo en los últimos años, y destaca además por su gran versatilidad, ya que ha logrado triunfos importantes en tres de los cuatro estilos que componen la natación (libre, espalda y mariposa)