ซัลลิแวนเข้าร่วม Capital Area Runners หลังจากจบการศึกษาในปี 2012 เธอเปิดตัวในการวิ่งมาราธอนที่Grandma's Marathonในปี 2015 โดยจบอันดับที่ 9 ด้วยเวลา 2:35:37 เพื่อผ่านการคัดเลือกเข้าร่วมการแข่งขัน US Olympic Trials Marathon ปี 2016ซึ่งเธอจบอันดับที่ 20 ด้วยเวลา 2:41:18 ^{[ 10 ]}

ในปี 2017 เธอได้รับบาดเจ็บที่เอ็นร้อยหวายจากอุบัติเหตุทางรถยนต์ ซึ่งทำให้เธอต้องพักการแข่งขันเป็นเวลานาน เธอกลับมาลงแข่งขันมาราธอนอีกครั้งที่Richmond Marathonในปี 2019 โดยทำเวลาได้ 2:42:35 ซึ่งถือเป็นเวลามาราธอนที่ช้าที่สุดในอาชีพของเธอในขณะนั้น แต่ผลลัพธ์ดังกล่าวก็ยังผ่านเกณฑ์มาตรฐานการคัดเลือกตัวโอลิมปิกปี 2020 ^{[ 11 ]}ในการแข่งขันรอบคัดเลือกที่แอตแลนตา เธอได้อันดับที่ 145 ด้วยเวลา 2:45:57 ^{[ 12 ]}

^{หลังจากการแข่งขันคัดตัวโอลิมปิกปี 2020 ซัลลิแวนเริ่มฝึกซ้อมภายใต้การ ดูแล}ของแอนดรูว์ เจอราร์ด ผู้อำนวยการฝ่ายกรีฑาและวิ่งครอสคันทรีของมหาวิทยาลัยจอร์จ เมสัน [ ^{13 ]}ต่อมาในปีนั้น เธอได้เข้าร่วมการแข่งขันมาราธอนโปรเจกต์ในรัฐแอริโซนา โดยจบอันดับที่ 20 ด้วยเวลา 2:33:27 ^{[ 14 ]}

ในปี 2021 เธอได้อันดับที่ 15 ในการแข่งขันบอสตันมาราธอนปี 2021ด้วยเวลา 2:33:22 ซึ่งเป็นนักวิ่งหญิงชาวอเมริกันอันดับที่ 4 ^{[ 15 ]}

ในปี 2022 เธอชนะการแข่งขันCherry Blossom Ten Mile Run (52:32) กลายเป็นนักวิ่งท้องถิ่นคนแรกที่ชนะตำแหน่งหญิงตั้งแต่ปี 1983 ^{[ 16 ] [ 17 ]}ได้อันดับสามในการแข่งขัน Grandma's Marathon (2:26:56) และจบอันดับหกในการแข่งขัน Chicago Marathon ปี 2022 (2:25:14) ซึ่งเป็นอันดับท็อป 10 ครั้งแรกของเธอในการ แข่งขัน World Marathon Major

ในการแข่งขันวิ่งครอสคันทรีชิงแชมป์สหรัฐอเมริกา เดือนมกราคม 2023 ซัลลิแวนจบอันดับที่ 8 ในการแข่งขันวิ่ง 10 กิโลเมตรหญิงรุ่นอาวุโส ซึ่งทำให้เธอได้เป็นตัวสำรองสำหรับการแข่งขันวิ่งครอสคันทรีชิงแชมป์โลกที่เมืองบาธเฮิร์สต์ ประเทศออสเตรเลีย^{[ 18 ]}

ในเดือนเมษายน 2023 เธอได้อันดับที่ 10 และเป็นชาวอเมริกันที่ทำผลงานได้ดีที่สุดในการแข่งขันลอนดอนมาราธอนปี 2023ด้วยเวลา 2:24:27 ^{[ 2 ]}หลังจากนั้นไม่นาน เธอก็ประกาศเซ็นสัญญาระดับมืออาชีพกับBrooks ^{[ 19 ]}

ในการแข่งขันกรีฑาชิงแชมป์โลกปี 2023ที่บูดาเปสต์ เธอจบอันดับที่ 58 หลังจากแข่งขันโดยมีอาการกระดูกสะบ้าเข่าแตกซึ่งอาการแย่ลงระหว่างการแข่งขัน^{[ 20 ]}เนื่องจากการฟื้นตัวอย่างต่อเนื่องจากอาการบาดเจ็บนั้น และการติดเชื้อโควิด-19 ในสัปดาห์ของการแข่งขัน เธอจึงถอนตัวจากการแข่งขันมาราธอนคัดเลือกโอลิมปิกสหรัฐฯ ปี 2024 ที่ออร์แลนโด^{[ 21 ]}

ในเดือนตุลาคมปี 2024 ซัลลิแวนทำสถิติที่ดีที่สุดในชีวิตด้วยเวลา 2:21:56 ในการแข่งขันวิ่งมาราธอนชิคาโกปี 2024โดยจบอันดับที่เจ็ดโดยรวมและเป็นชาวอเมริกันคนแรกที่เข้าเส้นชัย

ในปี 2025 เธอเป็นชาวอเมริกันที่ทำผลงานได้ดีที่สุดอีกครั้งในการแข่งขันลอนดอนมาราธอนปี 2025 (อันดับ 10 ด้วยเวลา 2:29:30) ในเดือนกันยายน เธอได้อันดับ 4 ในการแข่งขันวิ่งมาราธอนชิงแชมป์โลกกรีฑาปี 2025 ที่โตเกียว (เวลา 2:28:17) ผลงานนี้ถือเป็นอันดับสูงสุดของนักวิ่งหญิงชาวอเมริกันในการแข่งขันนี้ นับตั้งแต่ Amy Craggคว้าเหรียญทองแดงในปี 2017 ^{[ 22 ]}เธอปิดท้ายปีด้วยการแข่งขันนิวยอร์กซิตี้มาราธอนในเดือนพฤศจิกายน โดยจบอันดับ 11 ด้วยเวลา 2:28:34 ^{[ 23 ]}เมื่อสิ้นสุดฤดูกาล 2025 เธอได้รับการจัดอันดับเป็นอันดับ 2 ในสหรัฐอเมริกาในการวิ่งมาราธอนโดยTrack & Field News ^{[ 24 ]}

ซัลลิแวนเปิดฤดูกาล 2026 ของเธอที่ฮูสตันฮาล์ฟมาราธอนเมื่อวันที่ 11 มกราคม โดยทำสถิติส่วนตัวที่ดีที่สุดที่ 1:08:44 และจบอันดับที่ 12 ^{[ 2 ]}