2014年7月，全红婵在学校操场上玩格子游戏时被启蒙教练陈华明发现，因此开始接受跳水训练。 同年9月，她正式进入湛江市麻章区体育学校。2018年，她在广州体育职业技术学院接受训练。 2018年3月，全红婵加入广东省队，教练是何伟义。 2020年10月，年仅13岁的她在全国跳水锦标赛的10米跳台项目中获得冠军。 她的教练鼓励她参加比赛，她在比赛前的三周内学会了所有动作。同月，她加入了国家跳水队。 在东京2020年夏季奥运会上，她是中国代表团中最年轻的运动员。 2021年8月5日，她以总分466.20分赢得女子单人10米跳台金牌，打破了2008年北京奥运会陈若琳创造的447.70分的奥运纪录。 在她的五次跳水中，有三次是满分跳水，其中两次得到了所有七位裁判的满分10分。 在2021年全国运动会上，她代表广东队获得团体金牌。她在10米跳台上得到了413.90分，领先于包括奥运队友陈芋汐和张家齐在内的所有选手。 2022年夏天，参加了2022年世界游泳锦标赛，与陈芋汐一起获得了10米双人跳台和混合团体项目的两枚金牌。 她还在10米跳台项目中获得亚军，队友陈芋汐获得冠军。 2023年，在杭州举行的2022年亚运会上，她获得了10米跳台的金牌，并与陈芋汐一起在10米双人跳台项目中获得另一枚金牌。 2024年，在巴黎夏季奥运会上，全红婵与陈芋汐一起赢得了10米双人跳台的金牌，跳水女子10米跳台全红婵也获得了金牌。