Katie Moon 2004-ben, tizenkét évesen kezdett rúdugrással foglalkozni. 2014-ig sprintszámokban futóként is indult atlétikai versenyeken a rúdugrás mellett.
2009-ben rúdugrásban megnyerte az Ohio állami középiskolai bajnokságot.[6] 2013-ban az NCAA egyetemi bajnokság másodosztályának bajnoka lett 440 cm-es ugrással.[7] Nemzetközi versenyeken 2014-től kezdett indulni. 2015-ben bronzérmet szerzett a fedett pályás amerikai bajnokságon 450 cm-es eredménnyel, majd a szabadtéri bajnokságon lett negyedik 455 cm-rel. A 2016-os olimpiai válogatóversenyen 460 cm-t ugrott, amivel ötödik lett. 2017-ben a fedett pályás országos bajnokságon 465 cm-t ugorva lett ezüstérmes. Egy németországi versenyen júliusban 473 cm-re javítja egyéni legjobbját.
A következő szezonban sikerült elérnie arra a szintre, hogy már minden versenyen éremesélyeként tartották számon. Új edzője a Brad Walker lett, a rúdugrás 2007-es világbajnoka.[8] Több kisebb év eleji verseny megnyerése után a fedett pályás országos bajnoki címet is el tudta hódítani új egyéni csúccsal, 491 cm-es eredménnyel. Részt vett a birminghami fedett pályás világbajnokságon, ahol 470 cm-t ugorva az ötödik helyen végzett. Később a szabadtéri amerikai bajnokságon ezüstérmes lett. 2019-ben sikeresen megvédte fedett pályás amerikai bajnoki címét, de szabadtéren csakúgy mint előző évben Sandi Morris mögött lett ezüstérmes. Szeptemberben életében először részt vehetett a világbajnokságon, ahol 470 cm-es eredménnyel végül az ötödik helyen végzett.
2020-ban az amerikai Marietta városban rendezett versenyen tovább tudta javítani egyéni legjobbját 492 cm-re, ami a versenyszám örökranglistájának hatodik helyét jelentette.[9] A szezon végén megbetegedett a Covid19 járványban, 2021 januárjában tudta elkezdeni újra teljes intenzitással az edzéseket.[10] Hamar kiváló formába került, már májusban is tudott javítani egyéni legjobbján, a júniusi olimpiai válogatóversenyt pedig 495 cm-es ugrással tudta megnyeni. Ezzel az eredménnyel előlépett minden idők negyedik legjobb ugrójává. A tokiói olimpián a döntőben a kezdőmagasságon 450 cm-en két rontott kísérlettel indított, utána viszont magabiztosan teljesítette a magasságokat és végül a 490 cm-t egyedüliként tudta átugrani, amivel megszerezte az olimpiai bajnoki címet.[11]
Az olimpia utáni időszakban a rá irányuló megnövekedett figyelem megterhelő volt számára, formája ingadozó lett. Volt olyan verseny, amelyen nem tudott érvényes kísérletet bemutatni, az országos bajnokságon is csak harmadik lett, de a 2022-es fedett pályás világbajnokságon 475 cm-t ugorva ezüstérmet tudott nyerni. Sportpszichológus segítségével tudott újra egyensúlyba kerülni.[12] A szezon végén a Eugene-ben rendezett világbajnokságon 485 cm-rel tudott győzni.
A 2023-as szezonban úgy fedett pályán, mint szabadtéren megnyerte az amerikai országos bajnokságot. A budapesti világbajnokságon az ausztrál Nina Kennedy-vel sikeresen átugrották a 490 cm-es szintet, a 495 cm-et viszont nem tudták teljesíteni. Mivel mindketten egyenlő számú rontott ugrást hajtottak végre, holtversenyben mindketten világbajnokok lettek.[13]
A 2024-es amerikai fedett pályás bajnokságot újra megnyerte, a márciusi fedett pályás világbajnokságon pedig bronzérmes lett.
