2021年3月，全红婵同获2021年中国跳水明星赛女子单人、双人十米跳台亚军 ；5月，全红婵以440.85分蝉联2021年全国跳水冠军赛暨东京奥运会选拔赛、全运会跳水资格赛女子单人十米跳台冠军；8月，全红婵以五跳三跳满分总466。
8月5日下午，东京奥运会女子十米跳台上，全红婵以三跳满分，总分466.2的优异成绩夺得金牌，创造了新的世界纪录，这是中国代表团本届奥运会的第33枚金牌。全红婵在决赛上表现相当出色，宛如一条美人鱼跃入海底，姿势优美，丝。
8月，全红婵以五跳三跳满分总466.2分历史更高分，夺得2020东京奥运会跳水女子单人10米跳台金牌，9月，全红婵连夺中华人民共和国第十四届运动会，跳水女子单人十米跳台金牌、跳水女子团体金牌。
在北京时间8月5日，东京奥运女子10米跳台上14岁的全红婵腾空一跳，五个跳水动作中三个动作得了满分。最后拿下以总分466.2站在更高领奖台成为奥运冠军，也创下了女子十米跳台历史更高纪录分。 各大媒体也争相报道全红婵是不是会水花消失。
之前的跳水女子10米台世界纪录，是当年16岁的中国选手陈若琳在北京奥运会创造的，她得分447.70，这一纪录保持了13年之久。这次全红婵的发挥非常稳定，几乎没什么扣分点，除了三跳满分，之一跳和第三跳所有裁判打分都9分。
近日，全红婵在单人十米跳台测验中成功夺冠，这也说明了全红婵的身体恢复得还不错，全红婵目前是国家跳水队最重视的选手，毕竟她在奥运会上取得了震惊世界的成绩，她也是十米跳台历史上分数更高的选手，郭晶晶、陈若琳等人对。
8月，全红婵以五跳三跳满分总466.2分创女子10米跳台历史更高分纪录夺得2020东京奥运会跳水女子单人10米跳台金牌[14-15]；9月，全红婵连夺中华人民共和国第十四届运动会跳水女子单人十米跳台金牌、跳水女子团体金牌[29-31]。
已经有世锦赛金牌进账的全红婵和陈芋汐，转战女子双人十米台项目，冲金底气十足。世锦赛之前，在中国跳水队举行的`队内测试赛中，全红婵和陈芋汐就曾跳出369.24的高分，创下了两人配对以来的历史更高分，而这一分数也超过了。
在东京奥运会跳水女子双人十米跳台决赛中，中国选手陈芋汐/张家齐夺得冠军。2021年8月5日，全红婵以女子十米跳台历史更高分466.20分的总成绩，获得2020东京奥运会跳水女子单人十米台冠军。
2021年5月13日，全红婵在全国跳水冠军赛中蝉联女子十米跳台冠军。2021年7月，全红婵入选2020年东京奥运会中国体育代表团跳水项目运动员名单。8月5日，在2020东京奥运会跳水女子单人10米跳台决赛中，全红婵夺得冠军。