Retton nousi Yhdysvaltain kärkivoimistelijoiden joukkoon vuonna 1983 voittamalla Amerikan cupin.[2]Los Angelesin 1984 olympialaisissa hän saavutti viisi mitalia[1][3] ja nousi ensimmäisenä yhdysvaltalaisena naisvoimistelijana olympiavoittajaksi.[4] Hän saavutti ensin joukkuekilpailussa hopeaa[1][3] ja pääsi henkilökohtaisen moniottelun finaaliin parhailla lähtöpisteillä[1][3][4]. Ottelufinaalissa hän sai nojapuusuorituksestaan 9,85 ja puomilta 9,80 pistettä, jolloin Romanian Ecaterina Szabó nousi kokonaispisteissä hänen ohitseen. Kolmannelta telineeltään permannolta Retton sai täydet 10,00 pistettä. Kun romanialaisen Maria Simionescun johtama tuomaristo antoi hänelle täydet pisteet myös hypystä, nousi hän voittoon 0,05 pisteen erolla suorituksensa jo aiemmin päättäneeseen Szaboon.[4] Rettonin yhteispisteet olivat 79,175.[3][4] Telinefinaaleissa Szabo oli parempi ja 145-senttisen Rettonin tulokseksi kirjattiin hopeaa hypyssä (19,850), pronssia permannolla (19,775) ja nojapuilla (19,800) sekä neljäs sija puomilla (19,550).[1][3]
Retton oli ensimmäinen henkilökohtaisessa moniottelussa olympiakultaa voittanut yhdysvaltalainen voimistelija.
Mary Lou Rettonia valmensi vuonna 1981 Yhdysvaltoihin muuttanut romanialainen Bela Karolyi. Retton lopetti voimistelu-uransa vuonna 1984.[2]
Urheilu-uransa jälkeen Retton avioitui Texas Longhornsin entisen pelinrakentajan, Shannon Kelleyn kanssa.[5]
