Erste internationale Erfahrungen sammelte Peruth Chemutai bei den Commonwealth Youth Games 2015 in Apia, bei denen sie mit 4:18,22 min die Silbermedaille im 1500-Meter-Lauf, wie auch über 3000 Meter, gewann. Im Jahr darauf wurde sie in 9:49,29 min Siebte bei den U20-Weltmeisterschaften in Bydgoszcz und qualifizierte sich für die Olympischen Spiele in Rio de Janeiro, bei denen sie mit 9:31,03 min in der Qualifikation ausschied. Bei den Crosslauf-Weltmeisterschaften 2017 in Kampala wurde sie in 19:29 min Siebte in der U20-Wertung und sicherte sich in der Teamwertung die Bronzemedaille. Im August nahm sie an den Weltmeisterschaften in London teil und erreichte dort mit 9:43,04 min nicht das Finale. 2018 gewann sie bei den U20-Weltmeisterschaften in Tampere in 9:18,87 min die Silbermedaille. Anschließend wurde sie bei den Afrikameisterschaften in Asaba in 9:45,42 min Fünfte, wie auch bei den Crosslauf-Weltmeisterschaften 2019 in Aarhus mit 36:49 min in der Erwachsenenklasse. Ende September gelangte sie bei den Weltmeisterschaften in Doha bis ins Finale im Hindernislauf und klassierte sich dort mit neuem Landesrekord von 9:11,08 min auf dem fünften Platz. 2021 nahm sie erstmals an den Olympischen Sommerspielen in Tokio teil und lief dort im Finale mit neuem nationalen Rekord von 9:01,45 min überraschend als Erste durchs Ziel und gewann damit die erste Goldmedaille einer Frau für Uganda.[1] Während der Schlussfeier war sie die Fahnenträger ihrer Nation.
2022 siegte sie in 9:14,00 min bei den FBK Games und anschließend belegte sie bei den Weltmeisterschaften in Eugene mit 9:21,93 min im Finale den elften Platz. Daraufhin gewann sie bei den Commonwealth Games in Birmingham in 9:23,24 min die Bronzemedaille hinter der Kenianerin Jackline Chepkoech und Elizabeth Bird aus England. Im Jahr darauf wurde sie bei der Athletissima in 9:11,91 min Dritte und anschließend belegte sie bei den Weltmeisterschaften in Budapest in 9:10,26 min im Finale den siebten Platz. Im Oktober gelangte sie bei den Straßenlauf-Weltmeisterschaften in Riga nach 16:09 min auf Rang 23 über 5 km. 2024 gewann sie bei den Afrikaspielen in Accra in 9:16,07 min die Silbermedaille im Hindernislauf hinter der Kenianerin Beatrice Chepkoech. Kurz darauf wurde sie bei der Xiamen Diamond League in 9:12,99 min Dritte und gelangte bei der Diamond League Shanghai mit 9:15,46 min auf Rang zwei. Im Mai siegte sie in 8:55,09 min beim Prefontaine Classic und im August gewann sie bei den Olympischen Sommerspielen in Paris in 8:53,34 min im Finale die Silbermedaille hinter der Bahrainerin Winfred Mutile Yavi. Daraufhin wurde sie bei der Golden Gala mit neuem Landesrekord von 8:48,03 min Zweite und gelangte beim Memorial Van Damme mit 9:07,60 min auf Rang drei.
- 3000 Meter: 9:13,09 min, 18. Juni 2017 in Stockholm
- 3000 m Hindernis: 8:48,03 min, 30. August 2024 in Rom (ugandischer Rekord)
- 5-km-Straßenlauf: 15:05 min, 20. März 2022 in Lille (ugandischer Rekord)