Рођена 2. априла 2004. у Бризбејну, граду на обали Пацифика у аустралијској држави Квинсленд, Моли је започела са пливањем у доби од свега 4 године, а већ са 7 година је учествовала и на првим такмичењима.
Као 15-годишња тинејџерка дебитовала је 2019. на међународној пливачкој сцени, освојивши сребрну медаљу у трци штафета 4×100 слободно на Светском јуниорском првенству у Будимпешти.
Захваљујући одличним наступима на аустралијском изборном такмичењу за Олимпијске игре у Токију 2020. (такмичење је одржано 2021. због пандемијеКорона вируса), Моли је уврштена у аустралијским олимпијски тим као најмлађа учесница. У Токију је пливала у квалификацијама све три женске штафете, освојивши на крају две златне и једну бронзану медаљу.[1] У квалификацијама трке на 4×200 слободно пливала је у првој ротацији, а њен резултат од 1:55.11 минута је уједно био и нови светски јуниорски рекорд.[2]
На свом првом светском првенству у великим базенима, у Будимпешти 2022, Моли је освојила чак три титуле светске првакиње, укључујући и ону на 100 метара слободно. Потом су уследили наступи на Играма комонвелта у Бирмингему (са освојених 7 медаља, од чега 5 златних) и Светском првенству у малим базенима у Мелбурну (3 златне, 3 сребрне и 1 бронзана медаља) са којима је завршила, резултатски веома успешну такмичарску годину.
Према избору специјализованог америчког часописа посвећеног воденим спортовима Swimming World, Моли О’Калахан је изабрана за најбољу пливачицу 2022. године.
Иако је на светско првенство у Фукуоки 2023. дошла са тек залеченом повредом колена, Моли је на том такмичењу освојила 6 медаља, од чега је њих 5 било златног сјаја. Са успехом је одбранила титулу светске првакиње на 100 слободно, освојила је титулу и на 200 слободно, те у обе женске штафетне трке слободним стилом, те на 4×100 слободно у микс конкуренцији. На истом првенству испливала је и 4 нова светска рекорда, укључујући и 14 година стар рекорд Федерике Пелегрини на 200 слободно.
На Олимпијским играма у Паризу 2024, својим другим узастопним, успела је да по први пут у каријери освоји појединачну златну олимпијску медаљу, пошто је у трци на 200 метара слободно у неизвесној завршници побдила актуелну олимпијску и светску првакињу Ариарн Титмус, а њено време од 1:53.27 минута био је и нови олимпијски рекорд. Појединачном злату је додала још две олимпијске титуле у тркама штафета на 4×100 и 4×200 слободно, и по једно сребро (на 4×100 мешовито) и бронзу (4×100 мешовито микс).
