Nació el 2 de abril de 1990 en Omsk, Rusia. A la edad de 12 años Kanáyeva fue seleccionada junto con otras gimnastas de Omsk para realizar una prueba en Moscú. Su demostración llamó la atención de Amina Zaripova, en aquel momento seleccionadora júnior. Kanáyeva fue entonces invitada a formar parte del «Colegio de la Reserva Olímpica de Moscú». Con Shtelbaums también en Moscú, como entrenadora personal de Irina Tchachina, puso parte de su atención en Kanaeva, lo que la ayudó a mejorar rápidamente. En 2003 Kanáyeva representó al Club Gazprom como gimnasta júnior en la Copa del Mundo (también llamada Aeon Cup) en Japón haciendo equipo con Irina Cháshchina y Alina Kabáyeva y ganando el título en la categoría júnior. Al mismo tiempo, la seleccionadora y presidenta de la Federación Rusa de Gimnasia Irina Víner, mujer de Alisher Usmanov, seleccionó a Kanaeva para entrar en Novogorsk, centro de alto rendimiento en Moscú para todas las gimnastas del equipo nacional.
El ascenso de Kanáyeva dentro de equipo sénior no fue fácil debido a la gran riqueza de gimnastas del equipo ruso. Desde los Juegos Olímpicos de Atenas 2004 en los que Kabaeva y Cháshchina ganaron el oro y la plata respectivamente, Olga Kapranova y Vera Sessina empezaron a posicionarse como las líderes del equipo. Con Kabaeva todavía en activo, no hubo sitio para Kanáyeva hasta el año 2007. En el verano de 2007, Kabaeva, Kapranova y Sessina fueron elegidas para representar a Rusia en el campeonato de Europa de Bakú, Azerbaiyán. Debido a una lesión, Kabaeva tuvo que retirarse en la víspera de la competición y la joven Kanaeva de 17 años fue seleccionada por Viner para suplir su baja y compitió con la cinta. A pesar de conocer la noticia de que iba a competir justo el día antes, Kanaeva no defraudó a sus entrenadoras y fanes y logró ganar la medalla de oro en su debut en un campeonato europeo. Además, consiguió también el oro en la competición por equipos, que Rusia dominó con una gran ventaja. Unos pocos meses después, Kanaeva fue parte del equipo ruso que ganó el oro en la competición por equipos en el mundial de Patras, Grecia. (En gimnasia rítmica se otorgan medallas por aparatos, por equipos sumando las notas de cada gimnasta y en general sumando las notas de cada aparato).
Con la creciente oportunidad de participar en los Juegos Olímpicos de Pekín 2008, los ejercicios de Kanaeva fueron montados con elementos de gran dificultad y con músicas especialmente escogidas para mostrar su grandeza. Entre las músicas se encuentra la famosa canción » Noches en Moscú» (Подмосковные вечера) en una versión instrumental de piano con la que Kanaeva deleitó en el ejercicio de cinta.
Kanáyeva comenzó la temporada 2008 a la sombra de sus compatriotas Olga Kapranova, Vera Sessina y la gimnasta ucraniana por aquel entonces campeona mundial, Anna Bessonova. Sin embargo, a media temporada, Kanaeva empezó a mostrar una gran estabilidad ganando todas las clasificaciones generales en todos los grand prix y copas del mundo así como el campeonato nacional ruso. En el campeonato europeo de Turín, Italia, Kanaeva ya no era gimnasta suplente, sino que participó como segunda gimnasta del equipo detrás de Olga Kapranova. Cuando nadie contaba con ella Kanaeva venció con puntuaciones muy elevadas a la ucraniana Bessonova y la rusa Kapranova proclamándose campeona de Europa con tan solo 18 años. Viner seleccionó entonces a Kanaeva y Kapranova para ser las representantes rusas en las olimpiadas de Pekín.
Kanaeva era la gimnasta más joven de entre todas las finalistas y aun así mostró una gran calma cometiendo pequeñas imprecisiones que no la privaron de ganar el oro. Kanaeva afirmó: » Esta competición es distinta del resto, tienes que concentrarte en ti misma, en los aparatos y en el tapiz. Lo demás no importa. Me dije a mi misma que todo iba a ir bien y que no tenía que preocuparme». Con esta mentalidad Kanaeva ganó la corona olímpica con una ventaja de 3,50 puntos sobre la segunda clasificada, la bielorusa Inna Zhukova.
Debido a la implantación del nuevo código de puntuación el estilo de Kanaeva cambió radicalmente en 2009. Como consecuencia, las lesiones y el cansancio hicieron mella en la joven gimnasta. Sin embargo, ello no impidió que Kanaeva ganara 4 medallas de oro en la competición por aparatos del europeo de Bakú celebrado en mayo de ese año, más el oro conseguido en la competición por equipos. En julio, Kanaeva guardó en su maleta 9 medallas de oro tras finalizar en primera posición en la Universiada y en los World Games. Sus 5 medallas de oro conseguidas en la Universiada permitieron que Rusia fuera la vencedora en el ranking general. Así mismo, fue nombrada «la heroína de los juegos» por la web oficial de la Universiada de Belgrado 2009.
En septiembre, Kanaeva compitió en el campeonato del mundo celebrado en Mie (Japón) clasificándose en primera posición para todas las finales en las que ganó, en cada una de ellas, la medalla de oro. Sus resultados junto con los de sus compañeras (Olga Kapranova, Daria Kondakova, y Daria Dmitrieva) ayudaron a Rusia a ganar el oro en la competición por equipos. Así mismo, en la final individual All-Around, Kanaeva batió a todas sus contricantes ganando su sexta medalla de oro con un margen de 0.600 sobre su compatriota Daria Kondakova. Con esta hazaña, Kanaeva batió el récord de la gimnasta individual con más oros ganados en un mundial previamente sustentado por la también gimnasta rusa Oxana Kostina.
En 2010 Kanaeva se mostró un invencible. Ganó todas las competiciones All-Around de todas las copas del mundo y Grand Prix. Además volvió a coronarse como campeona de Europa absoluta. En el campeonato del mundo ganó el oro en la final All-Around, en la final por equipos y en las finlaes de aro y pelota. En cuerda se llevó la medalla de plata al ser superada por su rival rusa Daria Kondakova. Kanaeva no logró clasificarse para la final de cinta debido a un error en la fase de clasificación.
Kanaeva empezó la temporada 2011 compitiendo en el Grand Prix de Moscú donde ganó la final All-Around y todas las finales por aparatos. En la copa del mundo de Pesaro (Italia) finalizó en segundo lugar por detrás de Daria Kondakova. Sin embargo, Kanaeva ganó el resto de competiciones All-Around de todas las copas del mundo y Grand Prix restantes en las que participó. El campeonato europeo de ese año no fue tan brillante como usualmente solían ser para ella. Ganó el oro por equipos y en las finales de aro y cinta. En pelota fue plata por detrás de la bielorrusa Lyubov Charkashyna y quinta en mazas después de dejar caer una de las mazas fuera del tapiz.
En el campeonato del mundo celebrado en Montpellier (Francia), Kaneva batió su propio récord y volvió a ganar todas las medallas de oro posibles: equipos, 4 aparatos y final All-Around.
En el Grand Prix celebrado en Brno (República Checa) Kanaeva batió un nuevo récord. Consiguió la máxima puntuación (30.000) en la final de cinta.
La temporada finalizó con nuevos oros en el Aeon Cup de Japón.
En el ranking FIG de 2011 Kanaeva cayó desde la primera a la quinta posición debido a que no participó en gran parte de las competiciones que otorgan puntos para el ranking internacional.cuando ella ganó el campeonato olímpico de Atenas en el 2011 ganó la excelencia de una medalla de oro.
Kanaeva empezó la temporada con nuevos ejercicios de aro, pelota y mazas en el grand prix de Moscú. Fue clasificada segunda, detrás de su compatriota Daria Kondakova, sin embargó ganó las finales de aro, mazas y cinta por delante de Kondakova y de la también rusa Daria Dmitrieva. Posteriormente ganó el grand prix de Thiais; la copa del mundo de Pesaro en la que también ganó las finales de pelota, mazas y aro; fue retirada por enfermedad de la copa del mundo de Penza; volvió al tapiz en la copa del mundo de Sofía, donde ganó a la vigente campeona Daria Kondakova y se llevó el oro en la final de aro y pelota. No se clasificó para la final de cinta porque solamente es posible la clasificación de dos gimnastas por país para las finales. Kondakova y Dmitrieva acabaron por delante, privando a Kanaeva de meterse en la final de cinta. En la copa de Corbeil-Essones se llevó también el oro, quedando por delante de sus dos compatriotas, Daria Dmitrieva y Aleksandra Merkulova. En el campeonato de Europa de Nizhny Novgorod, Rusia, Kanaeva ganó su tercer título europeo consecutivo. En una entrevista después de la competición dijo: Esta victoria no ha sido fácil, en el futuro he de poner más atención para ejecutar los elementos con más fuerza y precisión. Mis entrenadoras están satisfechas y eso es muy importante. No vivo de la victoria, pero sí de lo que hago». Kanaeva compitió después en el grand prix de Vorarlberg, Austria, en el que ganó las 6 medallas posibles. Además alcanzó la perfección recibiendo la máxima puntuación, 30,000 puntos con el aro (hazaña que ya había conseguido un año atrás en el grand prix de Brno, República Checa, con la cinta). En la copa del mundo de Minsk Kanaeva continuó su buena racha en las copas del mundo ganando la clasificación All-Around por delante de Daria Dmitrieva y de la bielorusa Lyuvob Charkashyna. Además se llevó el oro en todas las finales por aparatos.
En los Juegos Olímpicos de Londres Kanaeva acabó en segundo lugar el primer día de clasificaciones, por detrás de la rusa Daria Dmitrieva debido a un inusual error en su ejercicio de aro, el cual perdió en dos ocasiones. El segundo día de clasificaciones remontó y se clasificó para la final en primera posición con una puntuación total de 116,000. Durante la final, Kanaeva compitió sin ningún error significante. Fue la única gimnasta que superó los 29 puntos en aro, pelota y mazas, bajando de esta puntuación en el ejercicio de cinta en el que recibió un 28,900. Kanaeva terminó con una puntuación final de 116,900 por delante de Dmitrieva y de la bielorusa Lyubov Charkashyna quien emocionada recibía la medalla de bronce. Después de ganar su segundo oro olímpico Kanaeva afirmó: » La gimnasia ha sido una parte de mi vida desde que tenía 6 años. No era mi intención ser una leyenda, pero no suena nada mal. Amo la gimnasia y quiero que la gente me recuerde».
