Elle est sacrée championne de France espoir du concours général individuel de gymnastique artistique en à Saint-Brieuc, prenant aussi au passage le titre espoir au sol[4]. En septembre de la même année, elle participe aux championnats méditerranéens à Cagliari, où elle est médaillée de bronze par équipes et médaillée d'or au concours général individuel, aux barres asymétriques et à la poutre[5].
Malgré une autorisation de reprise sportive par son chirurgien, elle se voit interdire de poursuivre par le médecin de la Fédération française de gymnastique en . Ayant la double nationalité franco-algérienne, elle poursuit des démarches pour rejoindre la Fédération algérienne de gymnastique. En , elle obtient son changement de nationalité sportive auprès de la Fédération internationale de gymnastique, ce qui lui a donné le droit de participer aux jeux arabes puis au championnat national d'Algérie 2022. Néanmoins, malgré l'accord de la Fédération internationale de gymnastique, la Fédération française émet son veto, ce qui l'oblige à respecter une année de carence avant de représenter l'Algérie[8]. Cette décision intervient dans un contexte d'extrême tension entre la Fédération et son club (Avoine Beaumont Gymnastique) que certaines des gymnastes avaient préféré à l'Institut national du sport, de l'expertise et de la performance (INSEP) ou au pôle France de Saint-Étienne pour préparer les Jeux olympiques[9].
Fin , après une forte mobilisation de sa famille et de son club ainsi que de gymnastes et la pression de la ministre des Sports Amélie Oudéa-Castera sur une fédération plongée dans une affaire de maltraitances sur d'anciennes gymnastes, Kaylia Nemour est autorisée à changer de nationalité sportive pour concourir au niveau international sous les couleurs de l'Algérie, ce qui lui permet de participer aux championnats d'Afrique à Pretoria le même mois[10],[11]. Lors de ces championnats, elle est médaillée d'or du concours général individuel ainsi que médaillée de bronze par équipes[12], se qualifiant ainsi pour les championnats du monde 2023[13].
Lors des championnats d'Afrique à Pretoria, elle présente un élément inédit aux barres asymétriques : un stalder serré, Tkatchev tendu. Cet élément porte désormais son nom (Le Nemour) et intègre le code de pointage avec la plus haute valeur à cet agrès (G, soit 0,7 pt)[14].
Lors des championnats du monde à Anvers, elle se qualifie pour le concours général en 13e position et se classe ensuite 8e lors de la finale[15]. Puis elle remporte surtout la médaille d'argent des barres asymétriques (seulement devancée par la Chinoise Qiu Qiyuan), ce qui constitue la première médaille algérienne de l'histoire de cette compétition[16]. La presse sportive algérienne la nomme ensuite meilleure athlète du pays de l'année 2023[17].
En 2024, elle participe à plusieurs Coupes du monde (FIG Artistic Gymnastics World Cup series). Elle remporte l'or aux barres asymétriques lors de l'étape de Cottbus en Allemagne[18]. Puis en mars, elle participe à l'étape de Bakou en Azerbaïdjan, où elle s'impose à nouveau aux barres asymétriques et remporte également le bronze au sol[19].
Elle participe pour la première fois aux épreuves de gymnastique des Jeux olympiques d'été à Paris, sous les couleurs de l'Algérie[20] où elle remporte le la médaille d'or aux barres asymétriques avec la note de 15,700, offrant ainsi le premier titre olympique de l'histoire algérienne et africaine en gymnastique[21].
« Paris 2024. “Rejetée par la France”, Kaylia Nemour est un “cadeau tombé du ciel” pour l’Algérie », Courrier international, (lire en ligne, consulté le ).