Madi Wilson è cresciuta nelle campagne del Queensland. I suoi nonni possedevano un centro di nuoto, quindi è stato naturale per lei iniziare a nuotare.

Da grande ha giocato anche a calcio e a netball, ma si è rotta tre volte il baccio giocando a netball e ha quidi abbandonato questo sport.

Madi è specializzata soprattutto nelle gare di sprint e ha fatto le sue prime performance importanti nel 2012, quando si è qualificata per i Pan Pac Junior nei 100 metri dorso. Poi ha fatto il suo debutto olimpico a Rio dopo essersi qualificata nei 100m dorso con una notevole prestazione ai campionati nazionali del 2016, dove si è classificata seconda dietro la campionessa mondiale del 2015 Emily Seebohm.

Madi ha iniziato la sua prima campagna olimpica in modo spettacolare, arrivando seconda nella manche dei 100metri dorso, prima di vincere la semifinale. Si è poi classificata ottava nella sua prima finale olimpica. La Queenslander ha nuotato entrambe le serie della staffetta 4x100m stile libero e della staffetta 4x100m medley. L’Autralia ha poi vinto l’oro nella staffetta mista.

Nel 2019, Madi ha partecipato ai campionati mondiali di Gwangju, dove ha fatto parte della staffetta femminile 4x200m stile libero che vinse la medaglia d’oro, stabilendo un nuovo record mondiale.

Ai Trials olimpici del 2021, Madi si è guadagnata un posto nella sua seconda squadra olimpica, dove ha vinto une medaglia d’oro come membro della staffetta 4x100m stile libero e una medaglia di bronzo nella staffetta 4x200m stile libero.