Specialista delle discipline veloci, Lindsey Vonn è con Julia Mancuso l'atleta di punta della nazionale statunitense.

Fino alla stagione 2006-2007 ha gareggiato come Lindsey Kildow. Dopo il matrimonio con l'ex sciatore Thomas Vonn, il 29 settembre 2007, ha preso il cognome del marito e dalla stagione 2007-2008 gareggia come Lindsey Vonn.

Ha esordito in Coppa del Mondo di sci alpino il 18 novembre 2000 nello slalom speciale di Park City.

Ha conquistato il suo primo podio in coppa del mondo il 18 gennaio 2004 nella discesa libera di Cortina d'Ampezzo classificandosi al terzo posto.

Tra i suoi risultati vanta tre medaglie ai campionati mondiali juniores di sci alpino: argento in discesa libera a Puy Saint Vincent (2003) e a Maribor (2004); bronzo in slalom gigante a Maribor (2004).

Al termine della Coppa del Mondo di sci alpino 2006 si è classificata quinta nella graduatoria generale, seconda in Coppa del Mondo di discesa libera e terza nella classifica di combinata.

Ha partecipato alle Olimpiadi di Salt Lake City 2002 e alle Olimpiadi di Torino 2006.

Ai Mondiali di Åre del 2007 in Svezia si è aggiudicata l'argento in discesa libera e in super-G.

Nell'edizione 2007-2008 della Coppa del Mondo di sci alpino si è aggiudicata sia la graduatoria generale (seconda statunitense a riuscire nell'impresa, 25 anni dopo Tamara McKinney) sia quella di specialità per la discesa libera.