Mellouli gañou 2 medallas (1 de ouro na maratón de 10 km e 1 de bronce na
1500m estilo libre) nos Xogos Olímpicos de Londres, Reino Unido. Converteuse na primeira persoa en gañar medallas tanto na piscina como na natación en auga aberta nos mesmos Xogos Olímpicos.