Els exercicis poden ser individuals (solo), per parelles (duo o duet) i per equips d’entre quatre i vuit nedadores. També hi ha la categoria de combo o combinat lliure, prova per equips que inclou exercicis individuals. La competició té lloc en una piscina de 12 m2, de com a mínim 30 m de llarg i 20 d’ample, amb una profunditat de 3 m al centre.
Els origens de la natació artística es troben en el ballet aquàtic i en la natació ornamental i científica que es practicava al final del segle XIX i l’inici del XX. Inicialment reservada a homes, era una forma de natació artística en què s’interpretaven balls circulars sense acompanyament musical, desenvolupada a partir de tècniques de natació i de salvament aquàtic, i que s’empreava com a entrenament. Les primeres competicions tingueren lloc a Berlín (1891) i a Londres (1892) i la seva pràctica s’estengué, des d’Alemanya i Anglaterra, a països com els EUA, el Canadà, França i Austràlia.
Ja al segle XX es considerà que les condicions físiques de les dones eren més apropiades per a la pràctica de la natació artística. La campiona de natació australiana Annette Kellerman fou la primera dona a realitzar una exhibició de ballet aquàtic, actuació que tingué lloc en un tanc de vidre a l’hipòdrom de Nova York l’any 1907. La primera exhibició d’un grup de dones es feu a Leipzig durant els Campionats d’Alemanya de natació (1921). El 1924 s’organitzà a Mont-real, per primera vegada a la història, una competició provincial reservada exclusivament a dones. La canadenca Margaret Peg Sellers hi tingué un paper decisiu i dos anys després encapçalà l’equip que guanyà el primer Campionat del Canadà. A partir de la dècada de 1930 la natació artística també es popularitzà als EUA. El 1934 Katherine Curtis, que havia començat a practicar ballet aquàtic a la Universitat de Chicago l’any 1923, dirigí l’actuació d’un grup de seixanta nedadores conegudes com les Sirenes Modernes durant la fira mundial de Chicago. Fou precisament en aquell esdeveniment on es pronuncià per primera vegada el terme natació sincronitzada, mencionat pel presentador i antic campió de natació Norman Ross. El 1940 la popularitat del ballet aquàtic arribà al seu apogeu gràcies a l’exhibició que feu l’estrella de Hollywood Esther Williams a la fira mundial de San Francisco. Aquell mateix any també s’organitzà la primera competició de natació artística dels EUA. Esther Williams aparegué posteriorment en diversos musicals practicant ballet aquàtic, com Ball de sirenes o La sirena del milió de dòlars.
La natació artística evolucionà en l’àmbit tècnic i atlètic, s’introduí l’acompanyament musical en les rutines i, el 1952, fou acceptada per la Federació Internacional de Natació Amateur (FINA) com a esport competitiu, que el 1956 en ratificà els regalments. Fou esport d’exhibició des dels Jocs Olímpics del 1952 fins als del 1968, i la primera competició internacional oficial de solo, duet i per equips es disputà durant els Jocs Panamericans (1955). El 1956 Marion Kane fundà el San Francisco Merionettes Club, un dels més destacats de natació artística a l’època, i en fou entrenadora fins el 1973. Pam Morris, membre del Merionettes Club, fou la primera triple campiona dels EUA (1965) i la primera nedadora de natació artística a entrar a l’International Swimming Hall of Fame (1967). El primer Campionat del Món tingué lloc a Belgrad (1973), època dominada per les nedadores provinents del Santa Clara Aquamaids dels EUA. Posteriorment s’organitzà el primer Campionat d’Europa (1974), la primera Copa del Món (1983) i, poc després, les proves de solo i duo foren incloses al programa de competició dels Jocs Olímpics de Los Angeles (1984). Durant els anys setanta i vuitanta, les seleccions dels EUA i del Canadà monopolitzaren els primers llocs de totes les competicions internacionals, seguides per les nedadores del Japó. La natació artística fou present en solo i duo fins als Jocs Olímpics de Barcelona (1992). Als Jocs Olímpics d’Atlanta (1996) només es competí per equips i a Sydney (2000) es recuperà el duo. L’hegemonia passà a Rússia al final de la dècada de 1990 amb la selecció encapçalada per Olga Sedakova i Olga Brusnikina, i des de llavors és la gran dominadora de totes les competicions internacionals. Durant la primera dècada del 2000 també destacaren les russes Anastasia Davidova i Anastasia Iermakova. Només les seleccions de Japó, Espanya i la Xina han estat capaces de disputar les primeres places a les nedadores russes. L’any 2001 el Campionat del Món inclogué la prova de combo i el 2006 es disputà la primera edició del World Trophy, que valora la impressió artística de les rutines.
D’altra banda, l’any 2000 la FINA admeté els homes en la natació artística malgrat que no els permeté participar en els campionats oficials. El 2005 es creà la competició internacional Men’s Cup, exclusivament per a homes.
La natació artística a Catalunya
La natació artística començà a practicar-se a Catalunya al final de la dècada de 1940 amb la formació del primers equips de ballet aquàtic al Club Natació Barcelona (CNB) i al Club Natació Montjuïc, i amb la constitució de la Societat Atlètica Barcelona. L’any 1951 Esteve Amat i Jaume Soler dirigiren una exhibició de salvament aquàtic en la qual es feren diverses figures dins l’aigua, durant un curs d’estiu del CNB. L’any següent, vuit nedadores catalanes executaren un ballet aquàtic a la clausura del Campionat d’Espanya de natació disputat a Barcelona. D’altra banda, l’any 1952, Maria Aumacellas, campiona d’Espanya de natació durant els anys trenta, creà a Madrid el primer grup de ballet aquàtic del Canoe Natación Club.
La Setmana Internacional organitzada per la SA Barcelona, l’any 1953, fou la primera trobada internacional on participaren equips catalans. Una de les actuacions més destacades de l’època fou la que dugué a terme Maria Dolors Amat, del CNB, durant els Jocs Mediterranis de Barcelona (1955) amb un solo que titulà Tango Azul. En la clausura del mateixos Jocs l’equip compost per Maria Dolors Amat, Merche Ferrer, Carmen Hartmann i Lluisa Maestro interpretà la peça Barcarola. El mateix l’equip del CNB feu les primeres exhibicions fora de Catalunya, a Elx, Múrcia i Hellín, i el 1956 i el 1957 feu una gira per França. L’any 1958 la Federació Catalana de Natació i el CN Montjuïc organitzaren el primer Campionat de Catalunya de natació artística i ornamental. Al setembre del mateix any la SA Barcelona i les federacions catalana i espanyola de natació organitzaren el primer Campionat d’Espanya a les piscines del CN Montjuïc. Des d’un primer moment els clubs catalans dominaren la natació artística en l’àmbit estatal. La primera campiona d’Espanya fou Maria Dolors Amat, que també guanyà en duo amb Carmen Hartmann i per equips amb la rutina El Tirol. L’any següent repetí victòria per equips i en duo fent parella amb Maria Lluïsa Virgili. En solo però, s’emportà el títol estatal Núria Llacuna, del CN Catalunya.
A partir del 1960 prengué notorietat la SA Barcelona, que guanyà tres Campionats d’Espanya de solo, duet i per equips (1960, 1961, 1962), amb nedadores provinents d’altres clubs, com Núria Llacuna (que guanyà els tres títols de solo), Maria Lluïsa Virgili i Maria Rosa Julià. El 1962 la SA Barcelona desaparegué i les seves nedadores s’incorporaren al Club Drink, club poliesportiu fundat el 1960 que passà a dominar la artística en l’àmbit estatal. Els primers cinc anys guanyà quatre Campionats d’Espanya per equips (1963, 1964, 1965, 1967), tres de duo (1963, 1964, 1965) i cinc de solo amb les nedadores Núria Llacuna (1963, 1964), Maria Rosa Julià (1965, 1966) i Maria José Bilbao (1967). El primer club no català que guanyà el Campionat d’Espanya de duo i per equips fou el Canoe Natació Club l’any 1966. El Club Drink es dissolgué el 1968 i les seves nedadores s’incorporaren al Club Natació Kallípolis, fundat aquell mateix any per César Villegas, que havia estat entrenador del CN Catalunya, de la SA Barcelona i del Club Drink, i que és considerat juntament amb Maria Aumacellas el pare de la natació artística moderna de l’Estat espanyol.
El CN Kallípolis és el club de natació artística més destacat d’Espanya; les seves nedadores han participat en set Jocs Olímpics, deu Campionats del Món, tres Copes del Món, divuits Campionats d’Europa, sis World Trophy i han guanyat el 80% de les medalles del Campionat d’Espanya des de la fundació del club. Ja el 1968 fou triple campió d’Espanya amb Maria José Bilbao de protagonista, que guanyà en solo i duo fent parella amb Lolita Arias. Maria José Bilbao dominà el panorma estatal durant la dècada de 1970, ja que fou campiona d’Espanya d’estiu catorze anys consecutius (1967-80), aconseguí nombrosos títols en duo i per equips i fou la primera nedadora espanyola a participar en un Campionat del Món (1973). Altres nedadores destacades de l’època foren Lolita Arias, Núria Lomas i Antònia Cañellas. Les dues primeres nedadores de l’Estat espanyol que participaren en uns Jocs Olímpics foren Mònica Antich i Anna Tarrés, a Los Angeles (1984). Els anys vuitanta també destacaren en competicions internacionals Montserrat Vilarroig i Margarita Puig, però foren especialment rellevants Marta Amorós, Núria Ayala i Eva López, que participaren en els Jocs Olímpics de Seül (1988) i de Barcelona (1992). Eva López, a més, fou campiona d’Espanya d’estiu (1988-92) i d’hivern (1987-92) en solo i nombroses vegades campiona de duo i per equips.
Poc després aparegué Gemma Mengual, que és considerada la millor nedadora de natació artística de l’Estat espanyol de tots els temps pel seu gran palmarès internacional. Andrea Fuentes n’agafà el relleu i aconseguí una medalla de plata en duo, fent parella amb Ona Carbonell, i una de bronze per equips als Jocs Olímpics de Londres (2012). Els èxits d’aquesta època van lligats a la tasca d’Anna Tarrés, seleccionadora estatal (1997-2012) i responsable de situar Espanya entre les seleccions més potents del món. Les nedadores catalanes, que també foren medalla de plata als Jocs Olímpics de Pequín (2008) a més de Gemma Mengual i Andrea Fuentes, foren Gisela Morón i Irina Rodríguez. I als Jocs Olímpics de Londres (2012) foren bronze Andrea Fuentes, Clara Basiana, Ona Carbonell, Paula Klamburg, Irene Montrucchio i Laia Pons, aquesta última del Club Natació Granollers.
Fins ben entrada la primera dècada del 2000, les úniques nedadores catalanes destacades en l’àmbit estatal i internacional pertanyien al CN Kallípolis. El CN Granollers però, trencà la dinàmica i es proclamà campió d’Espanya per equips i combo en dues ocasions (2009, 2010). Destacaren, a més de Laia Pons, nedadores com Judith Requena, Meritxell Mas i Cristina Salvador. En els Campionats del Món de natació de Barcelona (2013) l’equip espanyol dirigit per Esther Jaumà assolí tres medalles de plata i quatre de bronze, i Ona Carbonell pujà al podi en les set proves. El 2012 la Federació Catalana de Natació tenia una vintena de clubs o escoles de natació artística, entre les quals, el CN Calella, l’Associació Esportiva Sincro Mataró, el CN Reus Ploms, el CN Sant Feliu, el CN Tàrraco, el CN Sincro Sant Cugat i el CN Sabadell. En categoria masculina, l’unic club que practica la natació artística a Catalunya és el CE Panteres Grogues.