Ponomarjova võitis Helsingis naiste kettaheite olümpiarekordiga 51.42, tulles esimese NSV Liidu sportlasena olümpiakullale. 1956. aastal Melbourne´is sai ta pronksi ning 1960. aastal Roomas teisegi kulla.

Eksmaailmarekordinaine Ponomarjova on ka Euroopa meister aastast 1954.

Pärast sportlaskarjääri lõppu tegutses Ponomarjova treenerina Kiievis ja Moskvas.