Seit 2004 hatte Linda Villumsen international Erfolge im Straßenradsport. 2006 und 2007 wurde sie Europameisterin (U23) im Einzelzeitfahren, 2006, 2008 und 2009 zweifache dänische Meisterin im Straßenrennen sowie im Einzelzeitfahren. 2006 belegte sie zudem bei den dänischen Bahn-Meisterschaften den dritten Platz in der Einerverfolgung.
2006 siegte Linda Villumsen in der Gesamtwertung der Route de France Féminine, 2009 gewann sie den Grand Prix Copa Etrusca sowie 2009 die Internationale Thüringen-Rundfahrt der Frauen. 2009 belegte sie bei der Straßen-WM in Mendrisio den dritten Platz im Einzelzeitfahren; bei ihrer Teilnahme an den Olympischen Spielen 2008 in Peking den fünften Platz im Straßenrennen und den 13. im Einzelzeitfahren.
Im Jahr 2009 nahm Villumsen die neuseeländische Staatsbürgerschaft an. 2010 wurde sie Zweite der neuseeländischen Straßenmeisterschaft und Dritte im Einzelzeitfahren. In der Gesamtwertung der Tour of New Zealand 2010 belegte sie den sechsten Platz in der Gesamtwertung. Im selben Jahr errang sie in Geelong bei den Straßen-Weltmeisterschaften den dritten Platz im Einzelzeitfahren.
Zu Beginn des Jahres 2015 gewann sie die neuseeländische Meisterschaft im Straßenrennen.[1] Bei den UCI-Straßen-Weltmeisterschaften 2015 in Richmond gewann sie den Titel im Einzelzeitfahren. Da sie hierbei jedoch nicht die Zeitfahrmaschine des Radausstatters ihres Teams United Healthcare verwendete, erwog das Teammanagement vorübergehend ihre Kündigung.[2] 2016 startete sie bei den Olympischen Spielen im Straßenrennen und belegte Rang sechs.
Bei den Commonwealth Games 2018 gewann Villumsen die Silbermedaille im Einzelzeitfahren. Anschließend beendete sie ihre Radsportlaufbahn.
Privates
Linda Villumsen war mehrere Jahren mit der ehemaligen Radsportlerin Emma Trott liiert, der älteren Schwester der mehrfachen Olympiasiegerin Laura Trott.[3]