Après ses années lycée, Plum choisit de jouer pour l'équipe universitaire des Huskies de l'université de Washington, après avoir envisagé de jouer pour les universités du Maryland, de la Virginie sur la côte Est, de Californie du Sud, Gonzaga, de l'Oregon et de Washington sur la côte Ouest[6].
Plum conclut sa carrière universitaire avec 3 527 points, dont 1 109 points en senior, établissant les records historiques en carrière et sur une saison pour toute la NCAA, effaçant les performances de Jackie Stiles (Missouri State) réalisés seize ans plus tôt. Elle bat également le record en carrière de lancers francs datant de trente-trois ans avec 912 lancers réussis[7].
Le 9 mars 2017, elle inscrit 57 points (19 tirs sur 28, dont 6 sur 11 à trois points et 13 sur 16 aux lancers francs) pour porter son total en carrière à 3 397 points pour surpasser les 3 393 points de Stiles[8].
Freshman
Au cours de sa première année, Plum a établi six records de première année à Washington. Son total de points marqués (695) était le plus élevé jamais enregistré par un étudiant de première année, et son seul match de 38 points est un record de première année. Elle a remporté les honneurs de première année de la conférence Pac-12. Elle finit avec une moyenne de 21 points par match pendant la saison régulière[2].
Carrière professionnelle
WNBA
Stars et Aces
Kelsey Plum est choisie en première position de la 2017 Stars de San Antonio[9].
Ses débuts en WNBA se révèlent difficiles avec des statistiques faibles (une moyenne de 14 minutes de jeu à fin juin, le plus faible depuis Janel McCarville en 2005), une complémentarité difficile avec Moriah Jefferson et Kayla McBride et de longues séries de défaites pour les Stars[10]. Début août, les Stars enregistrent enfin trois victoires consécutives et réussit un record personnel de 23 points (7 tirs réussi sur 15 dont 5 sur 8 à trois points, 4 passes décisives, 1 contre et 1 interception), dont un panier primé vers la fin de la prolongation, pour une victoire face au Storm de Seattle[11]. Elle figure dans le meilleur cinq de rookies 2017[12].

Kelsey Plum, à gauche, en défense face à
Lexie Brown en 2018.
Lors de la saison WNBA 2018, Kelsey Plum, désormais joueuses des Aces de Las Vegas, après le déménagement et changement de nom des Stars, termine au cinquième rang des votes désignant la Most Improved Player Award Winners, joueuse ayant le plus progressé[13]. Son entraîneur Bill Laimbeer dit qu'elle s'est imposée en WNBA après une première saison hésitante[14].
Kelsey Plum dispute ses premiers matchs de playoffs lors de la saison 2019. Lors de ceux-ci, ses statistiques sont e forte progression, 15,2 points contre 8,6 en saison régulière, 4,8 rebonds contre 2,8 et 7,8 passes contre 3,0. Les Aces éliminent le Sky de Chicago puis s'inclinent 3 à 1 face aux Mystics de Washington. Une intervention chirurgicale pour traiter une rupture de tendon d'Achille est à l'origine de son absence lors de la saison 2020[15].
Lors de la saison 2021, Kelsey Plum est récompensée du Sixth Woman of the Year Award meilleure sixième femme[16],[17]. Elle figure parmi les joueuses connaissant la meilleure progression en terminant deuxième des votes derrière Brionna Jones pour le titre de Most Improved Player Award[18].
La saison 2022 est pleine de satisfaction une pour Kelsey Plum.Elle remporte la WNBA Commissioner's Cup face au Sky de Chicago sur le score de 93 à 83 avec 24 points et 6 passes pour Kelsey Plum, sa coéquipière Chelsea Gray étant désignée MVP[19]. Lors du WNBA All-Star Game 2022, elle inscrit 30 points et se voit attribuer le titre de meilleure joueuse[20]. Quatrième des votes pour le Most Improved Player Award[21], elle termine en troisième position derrière A'ja Wilson et Breanna Stewart pour le titre de meilleure joueuse de la saison, WNBA Most Valuable Player[22]. Les Aces de Las Vegas éliminent en deux manches le Mercury de Phoenix, puis par 3 à 1 le Storm de Seattle pour affronter le Sun du Connecticut en Finales. Les Aces l'emportent par 3 à 1.
Qualifiée pour sa deuxième finale de Commissioner's Cup de la saison 2023, la franchise des Aces perd face au Liberty de New York. Huitième marqueuse avec 18,7 points, elle compte également 2,4 rebonds, 4,5 passes. Première de la phase régulière, l'équipe remporte les deux premiers tours de playoffs, face au Sky de Chicago puis aux Wings de Dallas, avant de conserver son titre en battant le Liberty de New York par 3 à 1[23].
Lors de la phase régulière de la saison 2024, ses statistiques sont de 17,8 points, dixième marqueuse de la ligue, 2,6 rebonds et 4,2 passes. Le Liberty de New York prive les Aces d'un troisième titre consécutif en s'imposant en demi-finale par 3 à 1[24].
Sparks de Los Angeles
En janvier 2025, Plum quitte les Aces et rejoint les Sparks de Los Angeles dans un échange impliquant Jewell Loyd[25]. Elle commence la saison 2025 par une grosse performance, 37 points, 6 passes et 5 interceptions[26]. Malgré ses contributions à la marque, quatrième avec 19,5 points, et ses 5,7 passes, cinquième[27], les Sparks de Los Angeles terminent à la neuvième place de la saison régulière et sont privés de playoffs.
Ligues étrangères

Plum avec Fenerbahçe en 2017.
Pour 2017-2018, elle joue en Turquie avec Fenerbahçe[28] où elle remporte le titre national face à Yakin Dogu où joue son équipière en WNBA Kayla McBride[29]. Elle prolonge son contrat pour une saison supplémentaire[30]. Elle remporte un deuxième titre de champion de Turquie, ainsi que la coupe de Turquie[31].
En janvier 2022, elle rejoint un autre club turc, Galatasaray[31]. Elle participe à l'Eurocoupe, où le club s'incline en demi-finale face au club français de Bourges, futur vainqueur[32].
Équipe nationale
Elle est sacrée championne du monde lors du championnat du monde U19 de 2013 avec les États-Unis.
Plum est membre de la sélection américaine qui remporte la Coupe du monde 2018 en enchaînant six rencontres sans défaite en Espagne[33].
Elle est membre de l'équipe américaine de basket-ball à trois qui dispute les Jeux olympiques de Tokyo[34].
Plum est membre de l'équipe américaine qui remporte les Jeux olympiques de Paris[35].