Commençant la natation dès l'âge de 6 ans pour corriger un problème de colonne vertébrale, elle gagne ses premiers titres lors des Championnats d'Europe juniors de 1999 où elle remporte les 100 et 200 mètres papillon. La même année, elle remporte sa première médaille chez les séniors, avec le bronze sur 200 mètres papillon lors des Championnats d'Europe.
L'année suivante, elle remporte son premier titre lors des Championnats d'Europe 2000 à Helsinki, toujours sur la distance du 200 papillon. Elle confirme son titre européen en 2001 et en 2002.
Sur le plan mondial, elle obtient une médaille d'argent en 2001 à Fukuoka avant d'obtenir le titre mondial en 2003 sur 200 mètres papillon, titre qu'elle conserve en 2005. Sur la distance du 100 mètres papillon, elle obtient également la médaille d'argent en 2001 et en 2003, et la médaille de bronze en 2005.
Enfin, elle atteint la consécration olympique lors Jeux d'Athènes de 2004 sur 200 mètres papillon, obtenant également deux autres médailles d'argent sur 100 mètres papillon et 400 mètres nage libre.
En octobre 2005, elle est victime d'un grave accident de voiture au cours duquel son frère décède. Elle y est gravement blessée, sur le plan physique et sur le plan moral.
Toujours marquée par l'accident, la Polonaise ne se qualifie pas pour la finale du 100 et 200 mètres papillon à Eindhoven en 2008. Attendue pour défendre ses titres olympiques à Pékin, Jędrzejczak va de déception en déception. Elle termine 9e du 400 mètres nage libre, puis 17e du 100 mètres papillon. Son épreuve favorite ne lui sourit pas non plus, la nageuse finissant au pied du podium.
À son retour de ces Jeux manqués, Jędrzejczak déclare lors d'une interview son probable retrait du monde professionnel.
