Po raz pierwszy na arenie międzynarodowej Laure Barthélémy pojawiła się 18 grudnia 2004 roku podczas zawodów Alpen Cup w Montgenèvre, gdzie zajęła 31. miejsce w biegu na 5 km techniką dowolną. W 2006 roku wystąpiła na mistrzostwach świata juniorów w Kranju, gdzie była szósta w sztafecie i ósma w biegu na 5 km stylem klasycznym. Najlepsze wyniki w tej kategorii wiekowej osiągnęła podczas rozgrywanych dwa lata później mistrzostwach świata młodzieżowców w Malles Venosta, gdzie zwyciężyła w sprincie stylem dowolnym, a w biegu na 10 km zajęła drugie miejsce. W 2009 roku wystąpiła na mistrzostwach świata młodzieżowców w Praz de Lys – Sommand, gdzie jej najlepszym wynikiem było dziesiąte miejsce w biegu na 10 km techniką dowolną. W Pucharze Świata zadebiutowała 16 grudnia 2006 roku w La Clusaz, zajmując 57. miejsce w biegu na 15 km stylem dowolnym. Pierwsze pucharowe punkty wywalczyła dwa lata później - 20 grudnia 2008 roku w Düsseldorfie była osiemnasta w sprincie stylem dowolnym. W klasyfikacji generalnej najlepiej wypadła w &lt;a href="Puchar%20%C5%9Awiata%20w%20biegach%20narciarskich%202010/2011"&gt;sezonie 2010/2011&lt;/a&gt;, który ukończyła na 23. pozycji. W 2009 roku wystąpiła na mistrzostwach świata w Libercu, gdzie w swoim najlepszym starcie, sprincie techniką dowolną zajęła 22. miejsce. W tej samej konkurencji była siódma na mistrzostwach świata w Oslo w 2011 roku. Brała także udział w igrzyskach olimpijskich w Vancouver, gdzie była dziesiąta w sprincie drużynowym, a rywalizację w biegu na 10 stylem dowolnym ukończyła na 61. pozycji.