Ha partecipato ai Giochi della XXXI Olimpiade, tenutisi a Rio de Janeiro. In questa edizione ha raggiunto la semifinale, dove ha perso contro la futura medaglia d'argento Angelique Kerber e, nella finalina per la medaglia di bronzo, contro Petra Kvitová, chiudendo ai piedi del podio.
A soli sei anni entra a far parte dell'accademia di Chris Evert a Boca Raton e a livello giovanile raggiunge la 35ª posizione in classifica nell'aprile 2009. In quel mese infatti ottiene una wild card per il Ponte Vedra Beach 2009 e diventa una delle più giovani tenniste a vincere un match nel WTA Tour sconfiggendo Alla Kudrjavceva, classificata 81ª nel ranking mondiale. Nel luglio 2009 partecipa al World TeamTennis tra le file dei Philadelphia Freedoms e a soli quattordici anni riesce a sconfiggere la campionessa in carica di Wimbledon, Serena Williams.[2]
2011-2015: Primo torneo WTA
Agli US Open si aggiudica una delle sette wild card dopo aver sconfitto Beatrice Capra.[3] Accede quindi al tabellone principale dello Slam americano e al primo turno incontra ed elimina un'altra connazionale entrata grazie a una wild card, Jill Craybas. Al secondo turno viene eliminata da Lucie Šafářová.
Chiude l'anno al 315º posto della classifica, mentre nel 2012 è la 142ª giocatrice al mondo.
Il 2013 si apre molto bene grazie ai quarti raggiunti al torneo di Sydney dopo aver sconfitto teste di serie come Lucie Šafářová e Zheng Jie si arrende solo a Li Na al terzo set. Agli Australian Open raggiunge il terzo turno dove perde per mano di Angelique Kerber. È comunque il suo miglior risultato in un torneo dello Slam. A marzo raggiunge il suo best ranking al n. 76. Termina la stagione nella Top 50 per la prima volta, precisamente al 37º posto del ranking.
Al torneo di Charleston raggiunge i quarti di finale. Il 21 giugno 2014, sull'erba di Eastbourne, vince il suo primo titolo WTA battendo la tedesca Kerber. Entra con questa vittoria nelle prime 30 tenniste al mondo. Rispetto alla stagione precedente, migliora sensibilmente la posizione finale (31ª del mondo).
Nell'aprile 2015 conquista la seconda finale della carriera, a Charleston, contro Kerber a differenza di Eastbourne, stavolta l'americana perde. A Wimbledon raggiunge il secondo quarto di finale della carriera, arrendendosi ad Agnieszka Radwanska. Nel corso del 2015 migliora tecnicamente, ciò le consente di chiudere l'anno all'interno della Top 20, al 18º posto.
2016, l'anno migliore: Secondo torneo WTA e Top 10
L'anno si apre agli Australian Open, nei quali è 15ª testa di serie. Nei primi due turni elimina le due kazake Zarina Diyas e Jaroslava Švedova mentre nel terzo si impone, in rimonta, sulla n° 20 del mondo Ana Ivanović. Il suo cammino termina agli ottavi di finale, quando perde dall'outsider Shuai Zhang; non riesce, così, a difendere i punti della semifinale disputata l'anno precedente. Poi partecipa ad Indian Wells, dove esce al secondo turno perdendo da Nicole Gibbs. A Miami fa meglio arrivando ai quarti dove perde in 2 set da Kerber. A Charleston viene eliminata di nuovo al secondo turno da Laura Siegemund.
Madison insieme a Serena Williams, vincitrice degli Internazionali d'Italia nel 2016
Si presenta poi a Madrid per iniziare la stagione sul rosso: dopo 2 vittorie viene estromessa sorprendentemente da Patricia Maria Tig. Si trasferisce al torneo di Roma dove al primo turno batte Andrea Petković, mentre al secondo vince contro la testa di serie n. 5 Petra Kvitová. Supera i quarti del torneo italiano per la prima volta in carriera, incontrandosi in semifinale con Garbiñe Muguruza per accedere alla prima finale in carriera sulla terra rossa. Qui affronta e perde dalla connazionale Serena Williams, n. 1 al mondo. Continua il suo buon stato di forma sulla terra a Parigi dove raggiunge gli ottavi di finale grazie alle vittorie in due set su Donna Vekić, Mariana Duque Mariño e Mónica Puig. Tuttavia, viene sconfitta dalla futura semifinalista Kiki Bertens.
La stagione sull'erba del 2016 è impreziosita dalla vittoria del torneo a Birmingham. Qui, ha la meglio su Jeļena Ostapenko e Carla Suárez Navarro fra le altre. In finale, si impone agevolmente sulla Strýcová, per la terza volta in stagione. Il secondo titolo in carriera le vale anche l'ingresso per la prima volta nella Top 10. Si tratta della prima americana tra le migliori dieci al mondo dal 1999, quando vi approdò Serena Williams.[4] Successivamente, a Wimbledon elimina in tre set anche Kirsten Flipkens e Alizé Cornet; prima di essere rimontata da Simona Halep, agli ottavi.
Disputa il torneo di Montreal spingendosi fino alla finale, dove viene nuovamente battuta dalla Halep, stavolta in due parziali.[5] Nel corso del torneo la Keys estromette fra le altre; Venus Williams, n. 6 del seeding, Anastasija Pavljučenkova, n. 16 del mondo.
Rappresenta gli Stati Uniti d'America alle Olimpiadi di Rio. Le viene accreditata la settima testa di serie e si impone su Danka Kovinić, Kristina Mladenovic; Suarez Navarro, numero nove del seeding, e Dar'ja Kasatkina. Successivamente, viene sconfitta in semifinale dalla nettamente favorita Kerber, numero due al mondo.[6] Disputa la finalina per la medaglia di bronzo, cedendo alla ceca Petra Kvitová, numero undici del ranking.[7]
Gioca il quarto ottavo di finale Slam della stagione agli US Open (a cui era giunta dopo aver battuto la giovane Naomi Ōsaka), ma viene sconfitta da Caroline Wozniacki,
Si presenta a Tokyo, ma viene estromessa all'esordio da Julija Putinceva. Dopo le vittorie su Garcia e Kasatkina raggiunge i quarti di finale a Wuhan, dov'è nuovamente sconfitta dalla Halep. Si rifà a Pechino, spingendosi fino alla semifinale eliminando, tra le altre, Svetlana Kuznecova (n° 9 del seeding) e Kvitova (n° 14 del mondo). Tuttavia, viene fermata in tre set da Johanna Konta. In vista delle WTA Finals, decide di disputare il torneo di Linz per racimolare i punti necessari per la qualificazione. Dopo le facili vittorie su Camila Giorgi, Misaki Doi e Océane Dodin, è costretta ad abbandonare il torneo prima del match valido per la finale contro Viktorija Golubic. Vola a Singapore per il Masters di fine anno, nel quale è inserita nel girone con Halep, Kerber e Dominika Cibulková. Si aggiudica solamente un match, quello contro la futura vincitrice del torneo Cibulkova.
Chiude la stagione all'ottavo posto della classifica mondiale.
A causa di un intervento al polso sinistro salta gli Australian Open ed inizia la stagione solo ad Indian Wells dove viene eliminata al terzo turno dalla top 10 Wozniacki. In seguito, a Miami, viene fermata al secondo turno dalla spagnola Lara Arruabarrena . A Charleston fa peggio dell'anno precedente: viene sconfitta dalla connazionale Shelby Rogers. Successivamente a Madrid esce per mano di Misaki Doi. Si presenta a Roma, ma anche qui non va oltre il primo turno, costretta alla resa da Daria Gavrilova. All'Open di Francia giunge solo al secondo turno estromessa da Petra Martić. Al torneo di Wimbledon gioca sia in singolo che in doppio misto in coppia con Jack Sock, ma in entrambi i casi esce al secondo turno.
Dopo un anno di attesa dall'ultima volta e un periodo di scarsi successi, riesce ad aggiudicarsi un nuovo torneo WTA: si tratta dello Stanford Classic, nel quale batte in finale Coco Vandeweghe in due set. Anche in questo torneo gioca in doppio, con la connazionale Jennifer Brady, ma sono costrette a ritirarsi ai quarti di finale. Negli ottavi di Cincinnati, viene battuta da Muguruza. Nell'ultimo Slam della stagione, l'US Open, batte giocatrici del calibro di Elena Vesnina ed Elina Svitolina arrivando in finale contro la connazionale Sloane Stephens davanti alla quale è costretta ad arrendersi in poco meno di un'ora con il perentorio punteggio di 3–6, 0–6. A Wuhan viene battuta al primo turno da Varvara Lepchenko; infine, dà forfait a Pechino.
Chiude l'anno alla posizione numero diciannove del ranking.
2018: Semifinale al Roland Garros e agli US Open
Madison nel torneo di Cincinnati nel 2018
Al torneo di Brisbane viene battuta in rimonta da Johanna Konta. Disputa il primo Slam della stagione, l'Australian Open, arrivando ai quarti di finale senza incontrare particolari difficoltà; qui però è costretta ad arrendersi alla tedesca Kerber. Partecipa al Qatar Total Open dove viene sorprendentemente sconfitta al secondo turno dalla connazionale Catherine Bellis. A Indian Wells viene sconfitta dalla qualificata Danielle Collins; a Miami è costretta al ritiro nel secondo turno contro Viktoryja Azaranka. Nel torneo di Charleston si spinge fino alla semifinale, dove è costretta ad arrendersi dopo un match lottatissimo con Kiki Bertens,. A Stoccarda si arrende nel primo turno ad Anastasija Pavljučenkova. Nel Premier Mandatory di Madrid viene sorpresa nel primo turno da un'ottima Sorribes Tormo. Agli Internazionali d'Italia, dopo essersi imposta su Pavljučenkova e su Vekic, si ritira nel match che l'avrebbe vista opposta alla futura finalista Halep ancor prima di scendere in campo. Nello Slam parigino, l'Open di Francia, raggiunge contro ogni pronostico la semifinale senza concedere nemmeno un set nel suo cammino in cui supera fra le altre Naomi Ōsaka. La semifinale è il remake della finale degli US Open 2017: la sua avversaria è infatti Sloane Stephens, la quale si impone nuovamente.
A Wimbledon dopo due incontri agevoli si arrende sorprendentemente a Evgenija Rodina. Raggiunge i quarti di finale nel torneo di Cincinnati estromettendo Kerber in rimonta. Nel turno successivo non può fare nulla contro la potenza di Aryna Sabalenka. Si presenta all'US Open in qualità di finalista dell'edizione scorsa. Dopo aver eliminato fra le altre Pauline Parmentier, Bernarda Pera, Cibulkova a Suarez Navarro, viene sconfitta in semifinale piuttosto nettamente dalla futura campionessa e dalla sorpresa del torneo, Ōsaka. Al torneo di Wuhan si ritira nel secondo turno contro la numero tre del mondo, Kerber. Si ritira anche a Pechino, nel secondo turno, senza scendere in campo contro Anastasija Sevastova. Grazie ai punti ottenuti nel corso della stagione, si qualifica per il torneo secondario al Master femminile di fine anno, il WTA Elite Trophy. Qui, pur superando il girone con il bilancio di una vittoria contro Kasatkina e una sconfitta contro Wang Qiang, è costretta a ritirarsi prima di scendere in campo nella semifinale contro Muguruza. Termina dunque la stagione al diciassettesimo posto.
2019: vittorie a Charleston e Cincinnati e ritorno in top 10
Apre la nuova stagione con tre vittorie all'Australian Open in seguito, si arrende ad Elina Svitolina. Torna in campo solo un mese e mezzo dopo negli Stati Uniti per disputare i Premier Mandatory di Indian Wells e Miami, deludendo le aspettative: infatti viene eliminata all'esordio. La settimana successiva, tuttavia, si aggiudica il quarto titolo in carriera sulla terra verde di Charleston, a distanza di quasi due anni dall'ultimo trofeo, battendo in finale Caroline Wozniacki. Durante la corsa al titolo estromette fra le altre Jeļena Ostapenko, Sloane Stephens (n° 8 del ranking). A Madrid non va oltre il primo turno, venendo rimontata da Sorana Cîrstea. Agli Internazionali d'Italia, al secondo turno contro Sofia Kenin. Sulla terra rossa di Parigi viene fermata nei quarti dalla futura campionessa, Ashleigh Barty.
In seguito, si presenta direttamente a Wimbledon dove cede al secondo turno a Hercog. Non fa meglio nemmeno sul suolo canadese, in quanto a Toronto viene sconfitta da Donna Vekić dopo un match complicato, perso con il punteggio di 6–3, 6(5)–7, 6(5)–7. Raggiunge invece la seconda finale stagionale a Cincinnati, grazie alle vittorie su Muguruza, Kasatkina, Halep, numero quattro del ranking; Venus Williams e Sofia Kenin. In finale prevale sulla wildcard russa Svetlana Kuznecova. In questo modo, conquista il quinto titolo WTA e primo della categoria Premier 5, e per la prima volta riesce a vincere due titoli in una stessa stagione. Per quanto riguarda il ranking, ritorna in top 10 dopo oltre un anno, per poi migliorarla, alla posizione n°9 il lunedì successivo. Accreditata come decima testa di serie, si presenta allo US Open, ma viene fermata agli ottavi di finale da Svitolina, numero cinque del mondo.
2020: decima finale WTA
Inaugura la stagione 2020 nel migliore dei modi, centrando la decima finale in carriera a Brisbane dove incontra la seconda testa di serie Karolína Plíšková che la spunta in rimonta. All'Australian Open, accreditata della 10ª testa di serie, dopo aver superato nei primi turni Kasatkina, viene sorpresa in due set dalla greca Maria Sakkarī.
Successivamente, le tenniste sono costrette ad uno stop forzato dal 9 marzo al 3 agosto a causa della Pandemia di COVID-19. I tornei vengono posticipati o annullati: i Giochi della XXXII Olimpiade vengono rinviati al 2021 e il Torneo di Wimbledon annullato per la prima volta dalle due Guerre Mondiali. Per quanto riguarda il ranking e i record, restano congelati al 9 marzo.
Ritorna in campo nel Cincinnati Masters (che si disputa eccezionalmente negli stadi dell' US Open) subendo un'amara sconfitta da parte di Ons Jabeur. Resta a New York per lo Slam, dove è costretta a ritirarsi al terzo turno contro Alizé Cornet.[8] Disputa il Roland Garros venendo estromessa all'esordio da Zhang Shuai: è la prima sconfitta al primo turno in uno Slam dall'Open di Francia 2014.
2021: uscita dalla Top 50
Da il via alla stagione a Doha: al primo turno, sconfigge la n°12 del mondo Belinda Bencic; al secondo turno, tuttavia, cede nettamente a Sakkari. Dopo altri due secondi turni a Doha e Miami, Keys prende parte al Volvo Car Open di Charleston dove, da n°8 del seeding, si arrende alla connazionale Stephens al secondo turno. Dopo due uscite premature a Madrid e Roma, partecipa al Roland Garros dove cede ad Azarenka al terzo turno.
Sull'erba trova i migliori risultati della stagione: centra il primo quarto di finale del 2021 a Berlino, grazie soprattutto alla vittoria, prima su una top-10 dopo più di un anno e mezzo, su Sabalenka (n°4 del mondo); ai quarti, perde dalla qualificata Samsonova in tre set. A Wimbledon torna agli ottavi di finale dopo 5 anni, dove cede a sorpresa a Viktorija Golubic. Delude nella stagione su cemento con una sfilza di sconfitte all'esordio.
Chiude il 2021 alla posizione n° 56 del ranking, la peggiore dal 2012.
2022: sesto titolo WTA, semifinale all'Australian Open e a Cincinnati e rientro in top-15
Apre la stagione superando Harriet Dart nel Gippsland Trophy, venendo poi sconfitta in tre set negli ottavi da Kasatkina. Nonostante questi pessimi risultati, ed essere scesa fino alla posizione n° 87 del ranking. Ad Adelaide II ritorna in una finale WTA a due anni di distanza dall'ultima volta, superando nel suo cammino l'ex Top-10 e testa di serie numero due Svitolina, e Cori Gauff. La settimana successiva, prende parte all'Australian Open dove batte Kenin, Wang Qiang e Paula Badosa, ritrovando i quarti a Melbourne dopo 4 anni. In seguito batte la campionessa in carica del Roland Garros Barbora Krejčíková, ma si ferma alla semifinale giocata contro la n. 1 del mondo Ashleigh Barty.
Dopo i successi in terra australiana, gioca in Messico, dove disputa sia il torneo di Guadalajara che il Monterrey Open: in entrambe le circostanze, esce al primo turno. Va meglio ad Indian Wells dove raggiunge i quarti di finale per la prima volta in carriera, cedendo di schianto alla futura campionessa Iga Świątek che le concede appena un gioco. A Miami, esce all'esordio.
Sulla terra, viene fermata al secondo turno a Charleston (sconfitta dalla futura campionessa Bencic). Al Roland Garros, raggiunge gli ottavi di finale grazie ai successi su Garcia e Rybakina; al quarto turno, cede il passo alla russa Kudermetova in tre set. Sull'erba, gioca solo a Eastbourne, dove si ritira contro Ostapenko agli ottavi.
Sul cemento americano, esce al secondo round a San José (contro Jabeur) e all'esordio a Toronto. A Cincinnati batte Jeļena Ostapenko e poi la n°1 del mondo Iga Świątek, riuscendo a vincere per la prima volta in carriera su una tennista in cima al ranking. Ai quarti, supera la campionessa di Wimbledon Rybakina in due set, approdando alla sua prima semifinale annuale in un '1000', dove si arrende a Petra Kvitová. Grazie a questo risultato, rientra in top-20. Allo US Open, viene eliminata al terzo turno da Gauff. Chiude l'anno con i quarti a San Diego e il terzo turno a Guadalajara, risultati che le fanno guadagnare altri posti nel ranking.
Termina il 2022 al n°11 del mondo, a poco più di 200 punti dalla top-10.
2023 - 7º titolo WTA e semifinale allo US Open
Inizia il 2023 disputando la United Cup per gli Stati Uniti: nel gruppo C, aiuta la sua nazionale a vincere i due tie contro Germania e Repubblica Ceca, riuscendo a imporsi nei due singolari giocati contro Niemeier e Bouzková. Nella fase a eliminazione diretta, contribuisce al 4-1 sul Regno Unito battendo Harriet Dart. In semifinale, sconfigge in due set Magda Linette, facendo sì che gli USA si impongano sulla Polonia per 5-0. Nella finale contro l'Italia, Keys vince il suo incontro con Bronzetti, fissando il punteggio finale sul 4-0 e regalando agli Stati Uniti la prima edizione della United Cup.
Grazie ai punti raccolti dalla United Cup, ritorna in top-10, alla 10ª posizione, per una settimana.
Nel primo slam annuale, l'Australian Open, difende la semifinale del 2022: eliminando Blinkova e Wang, approdando al terzo turno, dove si arrende alla bielorussa Azaranka, che poi raggiungerà la semifinale. Dopo il primo round di Doha, partecipa al '1000' di Dubai: batte la qualificata Paolini e poi prevale sulla n°5 del mondo Garcia. Agli ottavi, si prende la rivincita su Azarenka, arrivando ai quarti di finale, dove cede il passo a Coco Gauff in due parziali. A Indian Wells si ritira nel corso del suo match d'esordio contro Cîrstea mentre a Miami si ferma al terzo round contro Barbora Krejčíková.
A Charleston, viene eliminata nei quarti di finale dalla top-10 Kasatkina. A Roma raggiunge gli ottavi, dove si arrende a sorpresa a Kalinina. Al Roland Garros viene battuta al secondo turno per mano della qualificata Kayla Day.
Sull'erba, a Eastbourne, dopo aver battuto la n°7 del mondo Coco Gauff gioca la 14° finale WTA, la terza su erba. Qui si impone su Kasatkina, vincendo il 7º titolo sul circuito maggiore, a 9 anni di distanza dal suo precedente Eastbourne.[9] Si presenta quindi a Wimbledon dopo tre agevoli vittorie, agli ottavi supera la giovane Andreeva in rimonta.[10] Torna nei quarti dei Championships per la seconda volta dopo 8 anni, precedente che non migliora venendo sconfitta da Aryna Sabalenka.
Sul cemento americano, oltre ai quarti a Washington, raggiunge gli ottavi allo US Open per la sesta volta in carriera. Nel match di quarto turno lascia quattro giochi alla connazionale e n°3 del mondo Jessica Pegula, approdando ai quarti dello slam di casa per la terza volta dopo il 2017 e il 2018. Nella circostanza si impone sulla campionessa di Wimbledon Markéta Vondroušová, tornando in semifinale a New York dopo 5 anni.[11] Nella sua terza semifinale a Flushing Meadows, viene rimontata dalla neo numero 1 del mondo Aryna Sabalenka. Grazie all'ottimo risultato ottenuto, l'americana risale di sei posizioni nel ranking, portandosi all'11ª piazza mondiale.
Chiude la stagione al WTA Elite Trophy di Zhuhai, dove è inserita nel girone Camelia. Nel match inaugurale, viene battuta da Haddad Maia. Nel secondo incontro del gruppo, cede anche a Garcia, chiudendo terza nel girone e non riuscendo perciò ad accedere alla semifinale.
Termina l'anno al n°12 del mondo.
2024: 8° titolo WTA
Keys avrebbe dovuto prendere parte all'Australian Open, tuttavia dà forfait prima dell'inizio del torneo a causa di un infortunio alla spalla[12]. L'americana torna in campo ad Indian Wells, dove esce al secondo turno. Va leggermente meglio a Miami, dove viene fermata agli ottavi dalla top-5 Rybakina.
Sulla terra, dopo un'uscita prematura a Charleston, partecipa al '1000' di Madrid: giunge sino agli ottavi, dove prevale sulla n°3 del mondo Coco Gauff, accedendo al suo primo quarto di finale della stagione; qui riesce a prevalere anche su Jabeur, raggiungendo la sua sesta semifinale in un torneo di questa caratura, la prima a Madrid: nella circostanza, cede il passo alla n°1 del mondo Iga Świątek. A Roma, viene fermata nuovamente dalla polacca ai quarti. A Strasburgo, raggiunge la finale da testa di serie n°4, eliminando nel percorso Wang, Linette e Samsonova; nel match valevole per il titolo lascia appena tre giochi alla connazionale Collins, cogliendo così il suo ottavo titolo WTA, il primo in assoluto su terra rossa.[13] Prende parte al Roland Garros, dove è accreditata della testa di serie n°14: approda al terzo turno dove viene sconfitta nel derby contro Emma Navarro.
Su erba, si presenta a Eastbourne, dove difende il titolo del 2023: l'americana si spinge fino alla semifinale, dove cede il passo a Leylah Fernandez.
Vita privata
Nel 2017 ha iniziato a frequentare il collega Bjorn Fratangelo. Nel 2023 i due si sono fidanzati ufficialmente .
2 Nel 2014 il Toray Pan Pacific Open ha cambiato lo status in evento Premier ed è stato sostituito dal Wuhan Open come evento Premier 5, mentre dal 2021 diventa di categoria WTA 1000.
3 Il ritiro avvenuto prima della semifinale non viene considerato una sconfitta.
4 Il ritiro avvenuto prima del secondo turno non viene considerato una sconfitta.
5 Il ritiro avvenuto prima del terzo turno non viene considerato una sconfitta.
6 Il ritiro avvenuto prima dei quarti di finale non viene considerato una sconfitta.
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