Spécialiste des épreuves combinées, il est double champion du monde du décathlon (2017 et 2022), champion du monde en salle d'heptathlon en 2018, triple champion d'Europe en salle d'heptathlon (2017, 2021 et 2023) et vice champion olympique du décathlon en 2016 et 2021. Recordman du monde en plein air depuis le 16 septembre avec 9 126 pts) et recordman d'Europe en salle de l'heptathlon depuis le 5 mars 2017 avec 6 479 pts.

Sportif accompli, il a remporté le titre mondial de décathlon en 2017 après avoir été vice-champion olympique en 2016. Grand favori pour le titre oympique en 2021, il remporte une deuxième médaille d'argent à Tokyo derrière le Canadien Damian Warner (bien qu'handicapé par des douleurs au dos, il a réussi un énorme jet au javelot améliorant son record personnel à 73,09m). Il remporte son deuxième titre mondial en 2022 avec des victoires au javelot et à la perche. Il fut le seul médaillé tricolore de ces Mondiaux. Aux Mondiaux de 2023, il s'est retiré après les deux premières épreuves en raison d'une blessure au talon d'Achille.

Depuis le 16 septembre 2018, il détient le record du monde du décathlon avec 9 126 pts effaçant des tablettes le record de l'Américain Ashton Eaton . Il est le premier homme au-dessus des 9 100 pts et le troisième au-dessus des 9 000 pts (après Eaton et le Tchèque Roman Sebrle ). Son record : 10s55 au 100 m, 7,80 à la longueur, 16,00 m au poids, 2m05 à la hauteur, 48s42 au 400 m, 13s75 au 110 m haies, 50,54 au disque, 5m45 m à la perche, 71,90 m au javelot et 4mn36s11 au 1 500 m. Champion du monde du décathlon chez les juniors en 2010 avec 7 928 points (nouveau record national juniors) puis champion d'Europe chez les juniors en 2011. En 2009, il a été sacré champion du monde de l'octathlon cadets en avec 6 478 points. Il confirme chez les séniors en devenant vice-champion d'Europe de l'heptathlon en salle et 4eme des championnats du monde de décathlon en 2013, vice-champion d'Europe de décathlon en 2014 puis vice-champion olympique à Rio en 2016 (en battant le record de France avec 8 834 pts en améliorant quatre records personnels : 100 m, poids, 400 m, perche) devancé par l'immense décathlonien américain Ashton Eaton . C'est la deuxième médaille olympique française dans les épreuves combinées (décathlon et heptathlon), 68 ans après après celle en 'argent obtenue par Ignace Heinrich aux Jeux Olympiques de Londres en 1948. Il remporta son premier titre international en devenant champion d'Europe de l'heptathlon en salle en 2017 en battant le record d'Europe avec un total de 6 479 pts (6s95 sur 60 m, 7,54 m en longueur, 15,66 m au poids, 2,10 m en hauteur, 7s88 aux 60 m haies, 5,40 m à la perche et 2mn41s08 sur 1 000 m), la deuxième meilleure performance de l'histoire après les 6 645 pts de l'Américain Ashton Eaton . Favori pour le titre mondial à Londres en 2017 depuis la retraite d'Eaton, il confirme son rang en devenant le premier français champion du monde du décathlon (grand favori pour le titre mondial en 2019, il a du abandonner pour blessure lors du concours de la perche). En mars 2018, il devient champion du monde en salle de l'heptathlon. Grand favori pour le titre européen en 2018, il abandonne dès la deuxième épreuve après trois sauts mordus à la longueur synonymes de zéro point. En 2021, il remporte un deuxième titre européen de l'heptathlon en salle, titre qu'il conserve en 2023. Elu athlète français de l'année en 2016 et 2018 puis athlète européen de l'année en 2018, une grande première pour un décathlonien.

Il fait partie du club des cinq athlètes de l'histoire de l'athlétisme à avoir réalisé le grand chelem (avec les perchistes Mondo Duplantis et Y Elena Isinbaeva , Faith Kipyegon sur 1500 m et Usain Bolt sur 100 et 200 m), c'est à dire remporter les titres mondaux des -18 ans, des -20 ans, chez les séniors puis en battant le record du monde.