Nos Jogos Olímpicos de Verão de 2004 recebeu a medalha de ouro com um novo registro mundial (então 4,91 m). Foi eleita Atleta Feminina do Ano pelo IAAF três vezes (2004, 2005 e 2008) e atingiu 26 recordes mundiais. No dia 22 de Julho de 2005, tornou-se a primeira saltadora de vara feminina a saltar 5,00 metros. Em Mundiais, a russa conquistou um bronze em Paris-2003 e um ouro em Helsinque-2005; na ocasião, obteve a marca de 5,01 metros.

Isinbayeva já bateu 28 vezes o recorde do salto com vara (em provas indoor e outdoor). Ela nunca escondeu de ninguém que quer desbancar o ucraniano Sergei Bubka, que superou 35 vezes a melhor marca da prova e ainda detém o recorde mundial. Para isso, no final de 2005 Isinbayeva deixou o técnico Ievguêni Trofimov, que a descobriu, e passou a treinar com Vitaly Petrov, antigo mentor de Bubka. Também deixou Volgogrado, sua terra natal, e passou a viver entre Monte Carlo e Formia, na Itália.