2011年,焦刘洋在上海游泳世锦赛,获得女子200米蝶泳冠军;在全国游泳冠军赛女子50米蝶泳中获得季军、200米蝶泳中获得亚军;7月20日,在第五届世界军人运动会中获得女子50米蝶泳冠军、女子200米蝶泳冠军、女子4X100米自由泳接力冠军 ;同年在短池游泳世界杯新加坡站女子100米蝶泳获得银牌;获得短池游泳世界杯北京站女子100米蝶泳季军、女子100米仰泳冠军、女子100米混合泳冠军、女子50米蝶泳季军。
2012年8月1日,焦刘洋在伦敦奥运会女子200米蝶泳比赛中,以 2分04秒06破奥运会纪录的成绩夺得金牌,这是她个人获得的第一枚奥运会金牌,同时也是中国代表团伦敦奥运会夺得的第17枚金牌;同年8月8日,焦刘洋被解放军和武警部队选举为十八大代表 。
2014年5月15日,焦刘洋在全国冠军赛女子200米蝶泳中获得冠军;9月24日,焦刘洋在仁川亚运会游泳女子200米蝶泳决赛中获得冠军。