Родилась 30 сентября 1994 г. в гор. Егорьевске (Московская обл.). Отец - Фаргат Ахатович Мустафин, борец греко-римского стиля, бронзовый призер XXI летних Олимпийских игр в Монреале (Канада), чемпион мира 1974 и 1975 гг. Мать - Елена Анатольевна Мустафина (Кузнецова), выпускница Московского энергетического института, преподаватель физики.
Выпускница Московского среднего специального училища олимпийского резерва номер 1.
Студентка кафедры теории и методики гимнастики Российского государственного университета физической культуры, спорта, молодежи и туризма.
Начала заниматься гимнастикой в шестилетнем возрасте в Москве в спортивной школе ЦСКА. Первым тренером была Дина Камалова. В настоящий момент наставниками спортсменки являются заслуженные тренеры России Сергей Старкин и Раиса Ганина.
В 2008 г. в Клермон-Ферране (Франция) выиграла первенство Европы среди юниоров в командном многоборье.
В 2009, а также в 2012-2014 гг. становилась чемпионкой России в личном многоборье, в 2009 и 2012 гг. - в командном многоборье, в 2009 г. - в упражнениях на бревне, в 2012 г. - в упражнениях на разновысоких брусьях.
В 2010 г. в Роттердаме (Нидерланды) выиграла чемпионат мира в личном и командном многоборье, а в 2013 г. в Антверпене (Бельгия) - в упражнениях на бревне.
В 2010 г. в Бирмингеме (Великобритания) первенствовала на чемпионате Европы в командном многоборье, в 2013 г. в Москве - в личном многоборье и упражнениях на разновысоких брусьях, в 2016 г. в Берне (Швейцария) - в командном многоборье и в упражнениях на бревне.
В 2011 г. в Париже (Франция) стала обладательницей Кубка мира в опорном прыжке, а также в упражнениях на разновысоких брусьях и на бревне. В 2012 г. в Штутгарте (Германия) выиграла Кубок мира в командном многоборье.
В 2012 г. стала чемпионкой XXX летних Олимпийских игр в Лондоне (Великобритания) в упражнениях на разновысоких брусьях. Там же завоевала серебряную медаль в командном многоборье и бронзовые награды в личном многоборье и вольных упражнениях.
В 2013 г. в Казани (Республика Татарстан) первенствовала на XXVII всемирной летней Универсиаде в личном и командном многоборье, а также в упражнениях на разновысоких брусьях.
В 2015 г. в Баку (Азербайджан) стала чемпионкой I Европейских игр в личном и командном многоборье, а также в упражнениях на разновысоких брусьях.
14 августа 2016 г. стала чемпионкой XXXI летних Олимпийских игр в Рио-де-Жанейро (Бразилия) в упражнениях на разновысоких брусьях. Ранее, 10 августа, выиграла серебряную медаль в командном многоборье, а 12 августа - бронзовую награду в личном многоборье.
С 2021 г. - тренер, с 2022 г. - старший женской юниорской сборной России по спортивной гимнастике.
Член комиссии спортсменов Олимпийского комитета России.
Заслуженный мастер спорта России (2010). Награждена орденом Дружбы (2012) и Почета (2016). Имеет почетную грамоту президента РФ (2013).
Лауреат премии Федерации спортивных журналистов России "Серебряная лань" (2016).
Разведена. Была замужем за бобслеистом Алексеем Зайцевым. От брака с ним - дочь Алиса (род. 2017).