Nata in Kirghizistan, si trasferisce con i genitori in Germania all'età di soli sei mesi.[1] Gareggiando nel velodromo di Cottbus, si specializza presto nelle prove veloci su pista, e tra le Juniores si aggiudica sei titoli mondiali di categoria, tre nel 2007 e tre nel 2008. Passata alle Elite, ottiene i primi piazzamenti in Coppa del mondo a fine 2008, e nel marzo 2009 a Pruszków partecipa ai suoi primi Campionati del mondo Open. Nel maggio dello stesso anno si scontra con un furgone durante un allenamento su strada, rimanendo in coma indotto per due giorni con una vertebra rotta e fratture alle braccia, alle mani e alla mascella, e in ospedale per quattro settimane.[2][1] Rientrata alle gare dopo alcuni mesi, nel 2010 vince i primi titoli nazionali Open e la gara di velocità durante la prova di Coppa del mondo di Cali.
A partire dalle stagioni seguenti si afferma tra le migliori sprinter al mondo. Nel febbraio 2012 a Melbourne conquista il primo titolo mondiale in carriera, vincendo la prova di velocità a squadre in coppia con la più esperta Miriam Welte. Pochi mesi dopo diventa campionessa olimpicia nella stessa specialità ai Giochi di Londra: in quella rassegna, ancora in coppia con Welte, sfrutta prima la squalifica in semifinale del duo britannico, quindi la squalifica in finale delle rivali cinesi, ancora per cambio irregolare.[1] Negli anni seguenti ottiene altri sei titoli mondiali, due nella velocità a squadre (2013 e 2014), due nella velocità (2014 e 2015) e due nel keirin (2014 e 2016). Conclude il quadriennio ai Giochi olimpici di Rio de Janeiro 2016, durante i quali conquista la medaglia di bronzo nella velocità a squadre e quella d'oro nella velocità, superando la britannica Rebecca James in due manche.
Nella stagione 2016-2017 si aggiudica cinque gare di Coppa del mondo e due titoli ai campionati del mondo 2017, nella velocità e nel keirin, mentre nella stagione 2017-2018 ben nove gare di Coppa del mondo (portando il totale di carriera a 28 prove vinte) e altri due titoli ai campionati del mondo 2018, nella velocità e nella velocità a squadre. Diventa così, raggiungendo il suo undicesimo titolo mondiale, la pistard più titolata nella storia, eguagliando Anna Meares.[3]
Il 26 giugno 2018 si infortuna gravemente durante un allenamento nel velodromo di Cottbus. Nell'occasione, dopo aver iniziato una progressione con la compagna Pauline Grabosch, si scontra in piena velocità con un altro corridore entrato improvvisamente in pista, cadendo a terra e battendo violentemente la testa e la schiena.[4] Portata dapprima in ospedale a Cottbus e poi al Trauma Center di Berlino, viene sottoposta a un intervento alla spina dorsale[4] e rimane quindi per quasi un mese in terapia intensiva. Il 7 settembre in un'intervista annuncia di essere divenuta paraplegica a seguito dell'incidente, dovendo interrompere così la carriera ciclistica.[5]
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