Wanita kelahiran Sauwerd, Belanda itu mulai berkompetisi di cabor renang sejak usia delapan tahun. Saat berusia 15 tahun, bakat Naomi di olahraga tersebut mulai terlihat. Dia meraih medali perak dalam nomor gaya bebas pada tahun 2006.
Medali pertamanya itu didapatkan di Kejuaraan Eropa. Ranomi melanjutkan prestasinya dengan meraih perak dalam Kejuaraan Dunia Renang tahun 2007. Menariknya, setahun setelahnya dia berhasil meraih medali emas di Olimpiade Beijing 2008.
Sosok berpostur 180 cm itu berlaga di nomor 4x100 meter gaya bebas bersama tiga perenang lain. Di Olimpiade London 2012, Ranomi memasang target tinggi yakni tiga medali emas di tiga nomor berbeda. Hasilnya, dia sukses menggondol emas di nomor 50 meter dan 100 meter gaya bebas.
Kini, atlet cantik berusia 30 tahun itu kembali menjadi andalan Belanda di Olimpiade Tokyo 2020. Targetnya dia ingin kembali meraih emas di turnamen bergengsi tersebut. Pada edisi kali ini, Ranomi berlaga di nomor 50 m gaya bebas putri, 100 m gaya bebas putri, serta 4x100 m gaya bebas.