Également, en 1973, à onze ans, elle s'impose dans l'une des compétitions phares de gym pour les juniors : le Junior Friendship Tournament.

À l'âge de 13 ans, Nadia Comaneci passe senior et remporte son premier titre majeur avec un succès lors des championnats d'Europe de gymnastique 1975 disputés à Skien, en Norvège, où elle s'impose au général et sur tous les agrès à une exception, le sol, pour lequel elle termine seconde.

En mars 1976, Nadia Comaneci prend part à la première édition de l'American Cup au Madison Square Garden à New York. Elle y reçoit la note maximale de 10 à son enchaînement au saut de cheval et gagne le concours au général. Cette année-là, elle reçoit à d'autres occasions cette note maximale, comme à la Chunichi Cup au Japon où elle obtient deux notes maximales 10 au saut de cheval et aux barres asymétriques.
Ses performances de l'année 1975 obtiennent une reconnaissance internationale comme le montre son titre de Meilleure athlète de l'année 1975 par l'United Press International.

À 14 ans, Nadia Comaneci devient l'une des stars des Jeux olympiques d'été de 1976 à Montréal, au Canada. Elle parvient en effet, grâce à son enchaînement aux barres asymétriques, à obtenir la note maximale de 10, devenant ainsi la première gymnaste à réaliser cette performance aux Jeux olympiques.
Comaneci devient la première gymnaste de Roumanie à remporter le titre au classement général aux JO.

Elle reçoit cette année-là diverses récompenses : Meilleure athlète de l'année pour
l'Associated Press et United Press International, et, de retour en Roumanie, le titre de Héros du travail socialiste, devenant la plus jeune Roumaine à posséder cette reconnaissance durant le règne de Nicolae Ceausescu.

En 1979, elle remporte son troisième titre consécutif au concours général aux championnats d'Europe, devenant la première gymnaste à réaliser cette performance, hommes et femmes confondus.

En 1980, Comaneci participe à ses deuxièmes Jeux olympiques qui se déroulent à Moscou. Elle prend la médaille d'argent au concours général derrière Yelena Davydova, cependant elle conserve son titre olympique à la poutre et partage la médaille d'or avec Nellie Kim aux exercices au sol.
En 1981, Comaneci décide de prendre sa retraite sportive. La cérémonie officielle de sa retraite se déroule à Bucarest en 1984, et elle devient membre du Comité international olympique.
À partir de 1981, Comaneci prend part à des exhibitions de gymnastique aux Etats-Unis.

Entre 1984 et 1989, Comaneci travaille à la fédération roumaine de gymnastique et elle entraîne les gymnastes juniors. En novembre 1989, quelques semaines avant la révolution, elle fuit le pays avec d'autres Roumaines. Elle passe la frontière hongroise à pied clandestinement, arrive en Autriche puis rejoint les États-Unis.
Ensuite, elle s'installe à Montréal, mais Bart Conner (gymnaste américain médaillé olympique), qu'elle avait rencontré au cours des Jeux de 1976, l'invite à s'installer avec lui dans l'Oklahoma.

Ils se fiancent en 1994 et se marient lors de son premier voyage en Roumanie depuis son exil le 27 avril 1996 à Bucarest où la réception a lieu dans l'actuel palais présidentiel.

Le 29 juin 2001, Comaneci obtient la double nationalité après avoir été naturalisée américaine.
En 1999, elle devient la première athlète invitée à s'exprimer aux Nations unies. Elle a mis en place une clinique à Bucarest pour aider les enfants à se faire soigner gratuitement. La Roumanie en 2003 lui a attribué le rôle de consul général honoraire aux États-Unis chargé des relations bilatérales tout en restant en Oklahoma.

Dans le monde de la gymnastique, elle occupe le titre de président honoraire de la fédération roumaine de gymnastique, président honoraire du comité olympique roumain, ambassadrice des sports de Roumanie et membre de la fédération internationale de gymnastique. Elle est également invitée en tant que consultante sportive à la télévision.
À 45 ans le 3 juin 2006, elle donne naissance à son unique enfant Dylan-Paul par césarienne, fruit de son union avec Conner.