Sie erlernte das Schachspiel mit vier Jahren. Mit acht wurde sie in Oropesa del Mar U10-Mädchenweltmeisterin, mit neun Jahren Meisterkandidatin. Im Jahre 2001 erzielte sie im Blitzschach ein Remis gegen den zweimaligen Vize-WeltmeisterViktor Kortschnoi.
Am 29. April 2002, im Alter von zwölf Jahren, vier Monaten und zwei Tagen, wurde sie zur bisher jüngsten Frauengroßmeisterin (WGM). Weniger als ein Jahr später wurde sie Internationaler Meister; 2003 bei einem Großmeisterturnier in Kramatorsk erzielte sie ihre erste Großmeisternorm. Die zweite GM-Norm erreichte sie im Juli 2005, als sie die Frauen-Europameisterschaft in Chișinău gewann und damit zur bisher jüngsten Europameisterin wurde. Ende Juli 2006 erzielte sie die dritte GM-Norm durch ihren Turniersieg beim North Urals Cup, einem sehr stark besetzten Frauenschachturnier in Krasnoturjinsk. Der GM-Titel wurde ihr erst ein Jahr später im Juni 2007 verliehen. Im Dezember 2006 gewann sie einen Wettkampf gegen das indische Talent Parimarjan Negi in Neu-Delhi, bei dem jeweils sechs Turnier-, Schnellschach- und Blitzpartien gespielt wurden, mit 11:7. 2008 gewann sie in Plowdiw zum zweiten Mal die Europameisterschaft der Frauen. Im September 2010 gewann sie in Moskau die Blitzschach-Weltmeisterschaft der Frauen. Im April 2014 wurde sie in Chanty-Mansijsk Schnellschach-Weltmeisterin der Frauen. Sie erzielte 10,5 Punkte aus 15 Runden und verwies die punktgleiche Alexandra Kostenjuk dank besserer Feinwertung auf den 2. Platz.[3] Im Juni 2015 wurde ihr vom russischen Sportministerium der Titel Großmeister Russlands verliehen.
Ihre höchste Platzierung in der FIDE-Weltrangliste der Frauen war Platz 5 von September 2011 bis Januar 2012. Lagno war mit dem französischen Schachjournalisten und Großmeister Robert Fontaine verheiratet.[4] Am 21. Juli 2014 erhielt Lagno die russische Staatsbürgerschaft. Sie ist mit dem russischen Großmeister Alexander Grischtschuk verheiratet und Mutter von vier Kindern.[5]
Außerdem gewann Kateryna Lagno 2013 mit der Ukraine die Mannschaftsweltmeisterschaft der Frauen, sie gehörte bei diesem Turnier auch 2007 zur ukrainischen Auswahl.[8]
In der Schachbundesliga spielte Lagno von 2010 bis 2012 für die Sportfreunde Katernberg. In Frankreich spielte sie in der höchsten Spielklasse, der Top 16, in der Saison 2009/10 für Association Cannes-Echecs. Am European Club Cup der Frauen nahm Kateryna Lagno zehnmal teil und gewann den Wettbewerb 2009 mit Spartak Widnoje und 2011 mit AVS Krasnoturjinsk.[10] In der chinesischen Mannschaftsmeisterschaft spielte sie 2012 für Wuxi sowie 2017 und 2019 für Chengdu.