NevelőedzőjeGerevich György volt. 2006-ban a kadét világbajnokságon ötödik helyezést szerzett. A juniorok között 31. lett. Ugyanitt csapatban kilencedik volt. APoznańban megrendezettjunior Európa-bajnokságon aranyérmes lett, csapatban hatodik volt. 2007-ben kadét Európa-bajnok volt egyéniben és csapatban is. Ugyanebben az évben rendezett kadét világbajnokságon második helyezést ért el. Ugyanebben az évben aszentpétervári világbajnokságon –Decsi Tamás,Lontay Balázs ésNemcsik Zsolt társaként – aranyérmet szerzett csapatban,[2] egyéniben a 42. helyen végzett. Aprágai junior Európa-bajnokságon második lett egyéniben és csapatban egyaránt.
2008-ban ajunior VB-n egyéniben hatodik, csapatban első lett. AzEurópa-bajnokságon egyéniben 18., csapatban hetedik volt. 18 évesen egyéniben a legjobb 16 közé került a2008-as pekingi olimpián. Csapatban hetedikként zárt. Azamszterdami junior Eb-n csapatban szerzett ezüstérmet. Az év végén megnyerte amagyar bajnokságot. Gerevich György 2008 augusztusában bekövetkezett halála utánSomlai Béla mesteredző segítette a felkészülésben.[3]
A2011-es cataniai vívó-világbajnokságon a negyeddöntőben vereséget szenvedett a németNicolas Limbachtól, és így a hatodik helyen végzett a kardozók versenyében.[4] Csapatban szintén hatodik volt. Az Európa-bajnokságon bronzérmes volt. Csapatban hatodik lett. Az egyénimagyar bajnokságot megnyerte. 2012-benChicagóban aranyéremmel zárt a férfi kardozók olimpia előtti utolsó világkupaversenyén.[5] Az Európa-bajnokságon egyéniben 24., csapatban nyolcadik helyen végzett. A2012-es londoni olimpián akard egyéni versenyszámban a 32 között kezdett, itt 15–1-re győzött a malajziaiPeng Kean Yu ellen.[6] A következő fordulóban a címvédő kínaiCsung Mant verte 15–10-re.[7] A nyolc között a németMax Hartung ellen lépett tovább 15–13-mal.[8] Az elődöntőben az oroszNyikolaj Kovaljovon jutott túl 15–7-tel.[9] A döntőben az olaszDiego Occhiuzzi ellen már 8–1-re is vezetett, végül 15–8-as végeredménnyel olimpiai bajnok lett.[10] Ő szerezte Magyarország első aranyérmét a 2012-es olimpián.
2014 februárjában – a dél-koreaiKu Bongilt legyőzve – megnyerte a férfi kardozókpadovai világkupaversenyét.[15] Az Európa-bajnokság egyéni versenyében a 16 között esett ki,[16] csapatban hatodik lett.[17] Avilágbajnokság egyéni versenyében az ötödik,[18] csapatban a harmadik helyen végzett.[19]
2015-ben egyéniben Európa-bajnokságot,[20] csapatban bronzérmet nyert.[21] A világbajnokságon egyéniben a hatodik helyen végzett.[22] 2015 szeptemberétől Somlai Béla helyett Decsi András vette át az edzései irányítását.[23]
A 2016-os kard csapat világbajnokságon ezüstérmes volt. A 2016-os Európa-bajnokságon egyéniben hatodik, csapatban negyedik lett.[24][25] 2016. augusztus 10-én aRio de Janeiróban rendezett2016. évi nyári olimpiai játékokon kard egyéniben a döntőbenDaryl Homer elleni asszójában (15:8) megvédte olimpiai bajnoki címét, ezzel megszerezve a második olimpiai aranyérmét. Ezzel 1948 óta az első magyar sportoló, aki olimpiai zászlóvivőként olimpiai aranyat nyert, illetveFuchs Jenő (1908, 1912) ésKárpáti Rudolf (1956, 1960) után a harmadik magyar kardvívó, aki megvédte olimpiai bajnoki címét.[26]
A 2017-estbiliszii Európa-bajnokságon kard egyéniben ezüst-,[27] csapatban bronzérmet szerzett.[28] A2017-es lipcsei világbajnokságon egyéniben a 16 között esett ki, míg csapatban ezüstérmet szerzett.[29] A 2018-as szöuli Grand Prix-n egyéniben aranyérmet szerzett.[30] Azújvidéki Európa-bajnokságon csapatban aranyérmet nyert.[31] A világbajnokságon egyéniben a nyolc között esett ki, csapatban harmadik volt. A decemberi országos bajnokságon kard egyéniben aranyérmes lett.[32] A2019-es düsseldorfi Európa-bajnokságon a kardcsapat tagjaként ezüstérmet szerzett.[33] Egyéniben a 16-ig jutott. Abudapesti világbajnokságon egyéniben már a legjobb 16 közé kerülésért vívott asszóját elvesztette a japán Josida Kento ellen.[34] A kardcsapattal ezüstérmet szerzett.[35] 2020 februárjában a Varsóban rendezett Világkupa-versenyen aranyérmet nyert.[36] Szeptemberben a Vasas vívószakosztályának elnöke lett.[37]
2021-ben a Tokióban rendezett2020. évi nyári olimpiai játékokon kard egyéniben a döntőbenLuigi Samele elleni asszójában (15:7) ismét megvédte olimpiai bajnoki címét, ezzel megszerezve a harmadik olimpiai aranyérmét. Ő lett az első, aki férfi kard egyéniben három egymást követő olimpián is aranyat szerzett.[38] A csapatversenyben (Decsi, Szatmári, Gémesi) bronzérmet szerzett.[39]
2022-ben az Európa-bajnokságon a 32 között kiesett,[40] csapatban (Decsi, Szatmári, Gémesi) aranyérmes lett.[41] A Kairóban rendezett világbajnokságon egyéni versenyben aranyérmet, míg csapattal (Decsi Tamás, Gémesi Csanád, Szatmári András) ezüstérmet szerzett. A 2023-as milánói világbajnokságon a Szilágyi, Decsi, Szatmári, Gémesi összeállítású kard csapat 2007 után nyert újból világbajnoki címet.[42]
A2024-es párizsi olimpián kard egyéniben a 16 közé jutásért kapott ki 15-8 arányban a kanadai Fares Arfától.[43] A csapatverseny során Olaszország és Irán elleni győzelmével a magyar kardcsapat (Szatmári András,Gémesi Csanád,Rabb Krisztián) a döntőbe jutott, ahol Dél-Korea ellen szenvedett vereséget (45:41), és szerzett ezzel ezüstérmet.[44]
2024 szeptemberében megoperálták a bal achillesét.[45]
Szilágyi Áron nyújtotta át 2013. február 13-án a Gellért Szállóban egy magyar alapítású nemzetközi irodalmi díjat, aBalassi Bálint-emlékkardotJean-Luc Moreau francia műfordítónak. Az ünnepségen a másik szablyátKalász Márton költőnekKiss-Rigó László megyés püspök adta át.[46][47]2013 tavaszán a TakarékPont pénzügyi edukációs nagykövete lett.[48]
2006-ban az Új Európa Alapítvány indulásakor elsők közt nyerte el a MOL Tehetségtámogató Program támogatását. 2013-tól 2022-ig a Nemzetközi Vívószövetség (FIE) sportolói bizottságának tagja,[49]2017-től 2019-ig a testület elnöke. 2017 óta az Új Európa Alapítvány jószolgálati nagyköveteként részt vesz az alapítvány fiataloknak szóló jótékonysági programjain.[50][51] 2021-ben elvállalta a Nemzeti Tehetség Program jószolgálati nagyköveti felkérését. 2021-ben a Magyar Olimpiai Bizottság elnöksége beválasztotta a testület sportolói bizottságába.[52] 2022-ben a Magyar Élsportolók Érdekvédelmi Fórumának társadalmi elnöke lett.
2017 augusztusában megnősült, felesége Szántó Betti.[60] 2021-ben megjelentMuhi András Pires rendezőEgy mindenkiért című portréfilmje, melyet 2017 és 2021 között, egy olimpiai cikluson keresztül forgattak róla.[61] 2023 májusában megszületett kisfia, Leó.[62]