Debitirala je na Olimpijskim igrama u Ateni, 2004. godine. Osvojila je broncu na 200 m leđno, na Europskom prvenstvu u velikim bazenima u Madridu 2004. Postavila je više od 170 hrvatskih plivačkih rekorda u raznim dobnim kategorijama. Na Europskom prvenstvu u plivanju u kratkim bazenima u mađarskom gradu Debrecenu, osvojila je srebrnu medalju na 100 m leđno uz novi hrvatski rekord 2007., a dan kasnije osvojila je zlatnu medalju i postavila novi svjetski rekord na 50 m leđno u vremenu 26.50 sekundi. Na Europskom prvenstvu u plivanju u kratkim bazenima u Istanbulu 2009. godine Sanja Jovanović je osvojila srebrnu medalju u disciplini 100 m leđno te 12. prosinca zlatnu medalju u disciplini 50 m leđno a tom prilikom je oborila svjetski rekord vremenom 25.70 sekundi.