2019年1月8日,在绍兴上虞游泳馆进行的2018年全国春季游泳锦标赛结束了第三日争夺。女子1500米自由泳比赛里,深圳队的汤慕涵以16分46秒86获得第三。
2019年全国青年游泳锦标赛暨青运会预选赛,汤慕涵获女子乙组800米自由泳金牌。
2019年8月19日,国际泳联公布了2019年游泳世界青年锦标赛中国队参赛名单,汤慕涵入选。
2020年10月1日,在全国游泳冠军赛暨东京奥运达标赛上,汤慕涵以4分07秒14的成绩获得女子400米自由泳冠军。
2021年5月2日上午,在青岛进行的2021年全国游泳冠军赛暨东京奥运会选拔赛结束了女子400米自由泳决赛,汤慕涵以4分05秒15获得亚军。
7月,汤慕涵入选2020年东京奥运会中国体育代表团游泳项目运动员名单。
7月25日,东京奥运会女子400米自由泳预赛,汤慕涵游出了4分04秒07,以预赛第八的身份进入决赛。
7月26日,东京奥运会女子400米自由泳决赛,汤慕涵游出了4分04秒10,获得第5名。
2021年7月29日,2020年东京奥运会女子4*200米自由泳接力决赛,中国组合杨浚瑄/汤慕涵/张雨霏/李冰洁为中国队再夺1金!打破世界纪录夺冠!