A nadadora de 25 anos tinha feito uma pausa prolongada desde os Jogos Olímpicos de Paris, mas tinha anunciado a sua intenção de regressar para os Jogos de Los Angeles-2028.
"É uma decisão difícil, muito difícil, mas da qual estou muito contente", escreveu numa publicação no Instagram: "Sempre adorei nadar; tem sido a minha paixão desde pequena".
Titmus reconheceu que o tempo que esteve afastada da atividade a ajudou a decidir-se. "Apercebi-me de que algumas coisas na minha vida que sempre foram importantes para mim agora são um pouco mais importantes do que a natação, e não há problema".
Conhecida como 'Terminator', Titmus ganhou o ouro nos 400 m livres nos Jogos Olímpicos de Tóquio e Paris, batendo a norte-americana Katie Ledecky em ambas as ocasiões, naquelas que foram apelidadas de "as corridas do século".
Mas a australiana perdeu o seu recorde mundial para a canadiana Summer McIntosh no início deste ano.
"Uma competidora, campeã e pessoa excecional! Parabéns, Ariarne Titmus", disse Ledecky ao saber da sua retirada, enquanto McIntosh afirmou: "Vamos sentir a tua falta".
Atualmente, Titmus é a recordista mundial dos 200 metros.
Antes de Paris, foi submetida a uma cirurgia para remover um tumor ovárico benigno e afirmou que o problema de saúde a "afetou muito".
"Sempre tive a intenção de voltar", esclareceu: "Nunca pensei que Paris fossem os meus últimos Jogos Olímpicos. E sabendo o que sei agora, gostava de ter desfrutado um pouco mais dessa última prova".
Titmus retira-se com um palmarés de 33 medalhas internacionais, incluindo oito olímpicas, nove de campeonatos do mundo e oito dos Jogos da Commonwealth.
"És incrível. É um privilégio ter testemunhado uma lenda viva do desporto", afirmou a sua compatriota australiana e cinco vezes medalhada de ouro olímpica, Kaylee McKeown.