2012 m. vasaros olimpinėse žaidynėse Londone, per pusfinalinį 100 metrų drugelių lenktynių varžymą, ji pasiekė geriausią asmeninį laiką - 57,42 sekundės.
ir pateko į finalą. Finale ji plaukė 57,48 val. ir pasiekė septintąją vietą. "Mano tikslas buvo patekti į finalą, ir kai tik tai pasiekiau, tai buvo tik krepšelis ant pyrago, kad galėjau varžytis finaluose", - sakė ji. "Taigi, aš džiaugiuosi. Aš toks laimingas, kaip aš padariau. " Vėliau olimpiadoje, per pradines varžybas, ji iš JAV komandos plaukiojo 4×100 metrų medley štafetės moteriškoje kojoje. Jos komandos nariai laimėjo štafeto finalą, todėl Donahue gavo aukso medalį.