Kateřina Neumannová se vždy věnovala běhu na lyžích a cyklistice. V běhu se prosazovala už v juniorech a v roce 1991 začala závodit profesionálně. Pětkrát se zúčastnila zimních olmypijských her a jednou letních. Byla také na osmi mistrovstvích světa.
V roce 1998 v Naganu byla Kateřina Neumannová stříbrná na 5 km klasicky a bronzová na stíhačce 10 km volně. V roce 2002 v Salt Lake City byla dvakrát stříbrná na 15 km volně s hromadným startem a 2x5 km stíhačce. Nejúspěšnější olympiádou pro ni byl Turín v roce 2006, kdy získala stříbro na skiatlonu 2x7,5 km a zlato ve strhujícím finiši na 30 km volně s hromadným startem. V Turíně uspěl i stříbrný Lukáš Bauer.
Kateřina Neumannová sbírala úspěchy i na mistroství světa. V Trondheimu 1997 dojela bronzová na 15 km volně, poté v Ramsau 1999 opět bronz na 5 km klasicky, v Oberstdorfu 2005 získala zlato za 10 km volně a v Sapporu 2007 si dojela pro stříbro z 15 km kombinace i zlato na 10 km volně.
Kateřina Neumannová ukončila kariéru v roce 2007. Čtyři měsíce poté byla jmenována do funkce prezidentky organizačního výboru Mistrovství světa v severském lyžování 2009. Kritici jí vytýkali, že nemá ekonomické vzdělání a větší manažerské zkušenosti. Což se potvrdilo a mistrovství skončilo výrazně zadlužené.
Kateřina Neumannová působila jako poradkyně na ministerstvu obrany pod vedením Alexandra Vondry, od srpna 2014 je opět na ministerstvu vedeném Martinem Stropnickým jako referentka, která má na starost koncepci armádního sportu a reprezentace.
Kateřina Neumannová má dceru Lucii, kterou vychovává sama. Je veřejným tajemstvím, že otcem je její někdejší manažer a milenec Josef Jindra.