2009 gewann Kayla Harrison zwei US-Titel: den bis 78 Kilogramm und den in der Offenen Klasse. Bei den U20-Weltmeisterschaften 2009 unterlag sie im Finale gegen Akari Ogata aus Japan. Bei den Panamerikanischen Meisterschaften 2010 gewann Harrison die Bronzemedaille. Im weiteren Saisonverlauf gewann sie die US-Meisterschaften und die US Open, sowie fünf Weltcup-Turniere. Beim wichtigsten Turnier des Jahres, den Judo-Weltmeisterschaften 2010 in Tokio gewann sie im Finale gegen die Brasilianerin Mayra Aguiar. 2011 siegte Harrison bei den Panamerikanischen Meisterschaften und bei den Panamerikanischen Spielen. Bei den Judo-Weltmeisterschaften 2011 erkämpfte sie die Bronzemedaille. 2012 gewann Harrison die Weltcup-Turniere in Budapest und in Miami. Bei den Olympischen Spielen 2012 in London besiegte sie nacheinander die Russin Wera Moskaljuk, die Ungarin Abigél Joó und Mayra Aguiar durch Ippon. Nur im Finale gegen die Britin Gemma Gibbons musste Harrison über die vollen fünf Minuten und gewann durch zwei kleine Wertungen. 2013 war ihr größter Erfolg die Bronzemedaille bei den Panamerikanischen Meisterschaften in San José.