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傅园慧原来的主项是自由泳。2011年4月，在武汉举行的全国游泳冠军赛中，15岁的傅园慧与邵依雯、叶诗文、陆奕婷一起，为浙江队夺得女子4×200米自由泳接力赛冠军。
2011年全国城运会之前，杭州市游泳接力队缺少仰泳一棒，傅园慧得到机会试试，这本来是她的副项，没想到这一试主项转为仰泳，且迅速展露锋芒。
2011年8月，傅园慧在第3届世界青年游泳锦标赛上获得女子100米仰泳银牌和200米自由泳铜牌；9月，在日照全国游泳锦标赛夺得女子100米仰泳的冠军。在10月进行的第7届全国城市运动会上，傅园慧获得女子100米仰泳、4×100米和4×200米自由泳接力金牌。4×100米自由泳接力金牌也是她首枚全国综合性赛事的金牌。
2012年4月，16岁的傅园慧在绍兴全国游泳冠军赛暨奥运选拔赛中，以59秒99的成绩夺得女子100米仰泳冠军。
8月份在伦敦举办的第30届夏季奥运会，首次登上奥运赛场的傅园慧闯进了女子100米仰泳决赛，最终名列第八。这次比赛用她的话说，自己喝够了高手的“洗脚水”，也看清了自己与世界顶级选手的差距。
2013年4月，郑州全国游泳冠军赛上，傅园慧在女子50米、100米仰泳两个项目上夺冠。
2013年8月2日，当时世界排名第一的傅园慧出战在巴塞罗那举行的第15届世界游泳锦标赛女子50米仰泳决赛，因两次打水触到泳线影响了速度，最终以27秒39的成绩摘得银牌。对于这次失误情况下拿到的亚军，傅园慧认为：“拿了第二，说明在世界泳坛上还有一个人要我去超越，因而我很有动力！”在随后的女子100米仰泳决赛中，她游出59秒61，获得第五名。女子4×100米混合泳接力赛，她与孙晔、陆滢、唐奕以3分57秒30获得第四名，分段成绩59秒51刷新当时的个人最好成绩。
2013年9月，在沈阳举办的第12届全国运动会女子100米仰泳决赛中，代表浙江出战的傅园慧力克师姐赵菁，夺得金牌。
2014年5月，在青岛全国游泳冠军赛暨亚运会选拔赛中，傅园慧以59秒59成绩获得女子100米仰泳冠军。
2014年9月，第17届亚运会在韩国仁川举办。在女子50米仰泳预赛中，傅园慧以27秒64的成绩获得小组第一，同时以预赛第一的身份晋级决赛。随后进行的决赛，傅园慧以27秒66的成绩摘得金牌。然而在50米仰决赛后的采访中，她直言对自己的成绩“不是很满意”。次日，在女子100米仰泳决赛中，傅园慧以59秒95夺冠，成为亚洲仰泳双冠王。
2015年4月，在宝鸡全国游泳冠军赛暨世锦赛选拔赛中，傅园慧先后夺得女子50米仰泳、100米仰泳的冠军，成绩分别为27秒61，59秒41。
2015年8月，第16届世界游泳锦标赛在俄罗斯喀山举行。8月4日，傅园慧以59秒02的成绩获得女子100米仰泳第四名，刷新当时个人最好成绩。8月6日，女子50米仰泳决赛中，傅园慧以27秒11的个人最好成绩获得冠军。8月9日，女子4×100混合泳接力决赛中，她与史婧琳、陆滢、沈铎组成的中国队以3分54秒41的成绩夺得冠军，收获个人在本届赛事中的第二枚金牌，为中国代表队完美收官。
2016年是又一奥运年，然而，在4月份举行的佛山全国游泳冠军赛暨里约奥运会选拔赛中，傅园慧在主项女子100米仰泳项目上仅取得第八名，成绩为1分02秒13，比她去年世锦赛上的成绩慢了整整3秒多，综合考量仁川亚运会、喀山世锦赛的成绩，最终入选里约备战名单。
2016年8月8日，里约奥运会女子100米仰泳半决赛展开角逐，傅园慧游出58秒95的个人最好成绩闯进决赛；9日，在100米仰泳决赛中，傅园慧以58秒76再次刷新个人最好成绩并打破全国纪录，最终并列第三夺得铜牌，这是中国运动员在奥运会上夺得的第一枚仰泳奖牌。14日，在女子4×100米混合泳接力赛中，傅园慧与史婧琳、陆滢、朱梦惠组成的中国队以3分55秒18获得第四名。
2016年11月17日，在日本东京进行的亚洲游泳锦标赛中，傅园慧赢得女子50米仰泳冠军，成绩是27秒86，这是她收获的第一枚亚锦赛金牌。18日，女子100米仰泳决赛，傅园慧以59秒70的成绩打破赛会纪录，再夺一金。20日，女子4×100米混合泳接力，中国队派出傅园慧、史婧琳、张雨霏和朱梦惠出战，最终以3分58秒58获得亚军。傅园慧以两金一银结束了本次亚锦赛之旅。
2017年4月，青岛全国游泳冠军赛，傅园慧代表浙江队出战，连夺女子4×100米自由泳接力和女子50米、100米仰泳三枚金牌。其中，100米仰泳决赛58秒72的成绩刷新了由她本人保持的全国纪录。
7月23日，在匈牙利布达佩斯举行的第17届世界游泳锦标赛游泳项目拉开战幕。然而在备战集训中表现上佳的傅园慧却遭遇了“人生中巨大的滑铁卢”，女子100米仰泳1分00秒39位列第十三，止步于半决赛；随后的女子50米仰泳比赛，虽然全力调整状态调动自己，最终仍以27秒15、0.01秒之差屈居亚军；7月30日，女子4×100米混合泳接力她再次出战，与史婧琳、张雨霏、朱梦惠一起以3分57秒69获得第六。50仰决赛后，傅园慧从混合采访区到领奖台一直泪流不止，对于自己这次世锦赛的“谜之状态”极度不解，对未能为祖国和两位身患重病的教练拼来金牌感到失望痛苦。但痛哭之后，阳光积极的她还是在微博上用《DreamItPossible》的歌词继续自我激励：“不怕跌倒，所以飞翔/点燃未来/从山谷到巅峰/永不停止，永不放弃。”
经过一个月的疯狂训练，9月初，在天津举行的第十三届全运会上，傅园慧以59秒40的成绩成功卫冕女子100米仰泳冠军，并与队友合作先后夺得男女4×100米混合泳接力、女子4×100米混合泳接力两枚金牌。
2018年4月，全国游泳冠军赛暨亚运会选拔赛在太原开赛。傅园慧报名参加女子50米、100米、200米仰泳、100米自由泳四个项目。其中，她在50米仰泳项目中以27.16的成绩夺冠，拿到亚运会入场券。
▪2017 第四期中国运动员传播影响力榜第九位 （获奖）
▪2017 2017中国十佳劳伦斯冠军奖最具人气女运动员奖 （提名）
▪2017 FINA国际泳联年度颁奖盛典阿里体育中国最佳人气运动员 （获奖）
▪2016 2016中国十佳劳伦斯冠军奖最受欢迎女运动员 （获奖）
▪2016 微博之夜年度风云体育人物 （获奖）
▪2016 体育运动荣誉奖章 （获奖）
▪2015 2015CCTV体坛风云人物年度最佳女运动员 （提名）
▪2015 2015CCTV体坛风云人物最佳组合 傅园慧/史婧琳/陆滢/沈铎 （提名）
▪2017 最美杭州人——十大杰出青年 （获奖）
▪2017 浙江省劳动模范 （获奖）
▪2016 浙江奥运和残奥健儿凯旋暨庆功表彰大会记一等功 （获奖）
▪2016 杭州市政府表彰获“杭州青年五四奖章”、“杭州市五一劳动奖章”和“杭州市三八红旗手”称号 （获奖）
▪2016 浙江省体坛十佳最佳女运动员 （获奖）
▪2016 浙江省体坛十佳最佳团体（浙江游泳队） （获奖）
▪2015 浙江省体坛十佳最佳女运动员 （获奖）
▪2014 浙江省体坛十佳候选人 （提名）
▪2013 浙江省体坛十佳最佳进步奖 （提名）
▪2012 浙江省体坛十佳最佳新人 （获奖）
