Catherine Marsal commence le cyclisme à l'âge de huit ans. Elle est la première fille de sa famille qui compte déjà cinq frères aînés ainsi qu'un frère et une sœur cadets. Elle choisit le vélo pour montrer ce dont une fille peut être capable de faire[1]. En 1985, elle obtient son premier titre national à seulement 13 ans. En 1987, surclassée[2], elle devient à 16 ans, championne du monde chez les juniors dans la course en ligne à Bergame. L'année suivante, elle est sur piste championne du monde de poursuite juniors[1].
En 1989, elle court son premier championnat de France élites. Alors qu'elle est encore junior, elle termine deuxième derrière Jeannie Longo[1].
La saison 1990 est l'année de Catherine Marsal. Pour sa première saison élite, elle remporte tout sur son passage. Elle s'adjuge les courses par étapes les plus prestigieuses : le Tour du Texas, le Tour de l'Aude, le Tour d'Italie féminin, le Postgiro et le Tour de la CEE (épreuve qui remplace le Tour de France féminin). Elle devient également pour la première fois championne de France. À Utsunomiya, au Japon, elle remporte à 19 ans le titre mondial pour compléter sa collection de victoire[1].
L'année suivante voit l'arrivée au plus haut niveau de la Néerlandaise Leontien van Moorsel et une baisse des performances pour Catherine Marsal[1], notamment due à l'anorexie[3].
En 1996, peu avant les Jeux olympiques, il lui est diagnostiqué des gros problèmes de minéralisation osseuse[3].
En 1999, elle se voit refuser le départ du championnat de France sur route, après avoir manqué un contrôle sanguin inopiné la veille[5]. Elle dormait en effet dans un autre hôtel que le reste de son équipe et leur aurait communiqué, mais cette information n'a pas été transmise à l'organisation. Cela lui vaut une suspension de deux semaines, elle ne peut donc prendre le départ du Tour d'Italie[6].
Globalement, elle est quatre fois championne du monde, neuf fois championne de France sur route et sur piste et elle a pris part à quatre Jeux olympiques. Tout au long de sa carrière, elle obtient 150 victoires et elle monte onze fois sur le podium des championnats du monde sur piste et sur route. Catherine Marsal est professionnelle jusqu'en 2004.
Après sa carrière, elle est directrice du centre sportif Maersk Fitness-Previa Sundhed au Danemark. Elle vit à Copenhague, où elle a étudié les sciences de la nutrition à l'université.
Elle est également entraîneuse de l’équipe féminine nationale danoise jusqu'aux Jeux olympiques de Tokyo en 2020[1].
Vie privée
Catherine Marsal a fait son coming-out après sa carrière. Elle est mariée avec une Danoise, Stine et chacune des deux a porté un enfant grâce à la procréation médicalement assistée[3].
