Miedema begon op vijfjarige leeftijd met voetbal bij HZVV te Hoogeveen, waar ze in jongenselftallen speelde. In 2009 stapte ze over naar een van de andere Hoogeveense voetbalverenigingen, VV de Weide. In 2011 maakte ze de overstap naar sc Heerenveen. Ze debuteerde op 2 september 2011 in de eerste speelronde van het seizoen 2011/12, waarmee ze op vijftienjarige leeftijd geschiedenis schreef als jongste debutante in de landelijke Eredivisie.[1] Haar eerste doelpunt maakte Miedema in haar tweede competitiewedstrijd tegen PEC Zwolle (4–3 winst). Met tien gemaakte doelpunten in zeventien wedstrijden sloot Miedema haar debuutseizoen af als clubtopscorer.
In het seizoen 2013/14 maakte Miedema voor sc Heerenveen in de BeNe League 41 doelpunten in 26 gespeelde competitiewedstrijden. Het indrukwekkende doelpuntengemiddelde van 1,6 doelpunten per wedstrijd maakte Miedema een gewild speelster op de transfermarkt, waardoor ze op belangstelling kon rekenen van de Braziliaanse club CR Flamengo en de Europese topclubs Bayern München, Olympique Lyonnais, Paris Saint-Germain en Umeå IK.[2] Op 6 juni 2014 werd via de officiële kanalen bekend dat Miedema voor een onbekend bedrag de overstap van sc Heerenveen naar Bayern München maakte.
Bayern München
Op 6 juni 2014 tekende zij als zeventienjarige een contract voor drie jaar bij Bayern München. Haar eerste competitiedoelpunten in Duitsland maakte Miedema op 5 oktober 2014 in een wedstrijd tegen FCR Duisburg, die Bayern met 6–0 won.[3] In de wedstrijd tegen SG Essen-Schönebeck op 30 november scheurde Miedema de buitenband van haar enkel, waardoor ze na een blessureperiode en een interlandoproep pas op 22 februari 2015 tegen VfL Wolfsburg weer speelminuten maakt in de Duitse competitie.[4] Op 1 maart startte Miedema weer voorzichtig als basisspeler tegen Bayer 04 Leverkusen en droeg ze met een doelpunt bij aan een 2–0 overwinning.
De club stond na acht speelrondes op de eerste plaats in de Bundesliga, maar verloor deze vervolgens in de elfde speelronde aan VfL Wolfsburg. In de laatste competitiewedstrijd droeg Miedema bij aan een 2–0 overwinning tegen SGS Essen. Omdat de koploper Wolfsburg gelijkspeelde, werd Bayern voor het eerst sinds 1976 landskampioen.[5] In het seizoen 2015/16 werd Bayern overtuigend kampioen en werd Miedema met 14 doelpunten uit 22 wedstrijden vice-topscorer van de competitie.[6]
Arsenal
Gedurende drie seizoenen in de Bundesliga maakte Miedema 35 doelpunten voor de club; zowel in de jaargangen 2014/15 als 2015/16 werd Bayern landskampioen. In mei 2017 gaf Miedema aan toe te zijn aan een nieuwe uitdaging: "De club wilde graag met mij verder, maar ik heb de aanbieding naast mij neergelegd, omdat ik voelde dat het tijd is voor een nieuwe uitdaging."[7] Diezelfde maand tekende ze een contract bij Arsenal. Landgenoten Daniëlle van de Donk, Sari van Veenendaal en Dominique Janssen stonden op dat moment al bij Arsenal onder contract.[8]
In haar eerste seizoen bij Arsenal kon ze niet de doelpunten brengen die ze voorheen wel bij Bayern en Heerenveen had geleverd. Het was een lastig seizoen waarin ze moeilijk fit werd en bleef na het zo succesvolle Europees Kampioenschap in eigen land. Ondanks dat ze de beslissende treffer scoorde in de finale van de WSL Cup tegen Manchester City, kwam haar doelpuntentotaal op slechts zes uit (waarvan vier in de competitie).
De start van haar tweede seizoen was al zeer hoopgevend. In een voor de seizoensstart gespeelde vriendschappelijke wedstrijd tegen de kampioen van Italië, Juventus, scoorde ze vier van de vijf goals en de eerste competitiewedstrijd tegen Liverpool en de bekerwedstrijd tegen Lewes leverden haar beide een hattrick op. Daarmee stond haar doelpuntentotaal na drie wedstrijden op hetzelfde niveau als het totale eerste seizoen. Ook in de volgende competitiewedstrijden tegen Chelsea (5-0 winst, twee doelpunten), Reading (6-0 winst en een hattrick) en Bristol City (4-0 winst, twee doelpunten) scoorde Miedema. De Gunners kenden een sterke seizoensstart, waarbij Miedema 11 keer (van de 31 Arsenal-doelpunten) een doelpunt wist te maken.
Miedema scoorde op 18 oktober 2020 een hattrick tegen Tottenham Hotspur. Daarmee werd ze de eerste speelster die in de FA Women's Super League meer dan 50 doelpunten maakte.[9] Op 9 september 2021 scoorde ze haar 100ste goal voor Arsenal, met een hattrick in een 4-0 winst op Slavia Praag in de Champions League. Miedema had hier 110 wedstrijden in totaal voor nodig.[10]
Op 15 december 2022 scheurde ze haar voorste kruisband tijdens een Champions League-duel met Olympique Lyonnais.[11]
Manchester City
Op 5 juli 2024 tekende Miedema een driejarig contract bij Manchester City.[12]
Hoewel Miedema al sinds 2013 uitkwam voor het A-elftal, keerde ze in de zomer van 2014 terug naar jeugdniveau om met haar leeftijdsgenoten uit te komen op het Europees kampioenschap onder 19. Dit eindtoernooi werd gespeeld in Noorwegen en werd gewonnen door Nederland, door in de finale met 1–0 te winnen van Spanje. Dit was deels te danken aan de zes doelpunten die Miedema in dit toernooi maakte, waaronder het beslissende doelpunt in de finale. Bij afloop van het toernooi eindigde ze als topscorer en werd ze door de UEFA uitgeroepen tot beste speler van het toernooi.[13] Aangezien ze op dat moment reeds interlands speelde in Nederlands A-elftal, zou Miedema niet veel wedstrijden spelen voor Nederland –19. Ze speelde uiteindelijk tien interlands en maakte daarin zeven doelpunten.
Nederland
Miedema maakte haar debuut in het Nederlands elftal op 26 september 2013 tijdens de interland tegen Albanië. Ze werd geselecteerd door bondscoach Roger Reijners. Eind 2014 werd op bezoek bij Italië de return in de play-offs van de WK-kwalificatie met 2–1 gewonnen, waardoor Nederland mede door twee doelpunten van Miedema op het wereldkampioenschap voetbal 2015 in Canada kon debuteren op een mondiaal hoofdtoernooi.[14]
Miedema speelde op 13 juni 2017 haar vijftigste interland, een vriendschappelijke wedstrijd tegen Oostenrijk (3–0 winst). Ze maakt een van de drie doelpunten.[15] In augustus 2017 won zij met haar team het Europees kampioenschap voetbal in eigen land, mede door twee doelpunten van haar in de finale tegen Denemarken.
Tijdens het Wereldkampioenschap 2019, in de tweede wedstrijd van de poulefase tegen Kameroen, scoorde Miedema haar 59e en 60e interlanddoelpunt. Miedema passeerde hierdoor Manon Melis als topscorer aller tijden van het Nederlands Elftal. Nederland eindigde het toernooi als tweede, na een verloren finale tegen de VS.
In de eerste wedstrijd die het Nederlands elftal speelde op de Olympische Spelen scoorde Miedema viermaal in de gewonnen wedstrijd tegen Zambia. Tevens was ze de eerste speelster ooit die 8 doelpunten in de poulefase wist te maken waarmee ze weer een bijzonder record[16] op haar naam zette.
Miedema werd op 14 december 2014 door de lezers van het Nederlands sporttijdschrift Helden verkozen tot Heldin van 2014. Met een meerderheid van 31,7% van de stemmen liet ze de nummer twee Ireen Wüst (23,0%) en drie Dafne Schippers (22,2%) achter zich.[17] Ze ontving deze ereprijs van Frits Barend.[18]
Vanwege haar sportieve prestaties in 2014 werd Miedema op 5 januari 2015 door burgemeester Karel Loohuis uitgeroepen tot Hoogevener van het jaar.[19]
Op woensdag 25 oktober 2017 werden alle EK-leeuwinnen door de Koning en Koningin ontvangen op Paleis Noordeinde. Eerder die dag kreeg Miedema door premier Rutte en minister Schippers (Sport) de versierselen behorende bij de koninklijke onderscheiding Ridder in de Orde van Oranje Nassau uitgereikt.[21]
Op 28 april 2019 won Miedema de 'PFA Player of the Year Award' (speelster van het jaar), nadat ze eerder die dag met haar 22e doelpunt van het seizoen Arsenal aan het landskampioenschap had geholpen.[22]
In 2022 werd het gerenoveerde Cruyff Court in Hoogeveen vernoemd naar Miedema.
Persoonlijk
Miedema heeft een relatie met voormalig teamgenote en Engels international Beth Mead.[23]