Im Oktober 2009 gewann Katarzyna Kłys ihren ersten polnischen Meistertitel, weitere folgten von 2010 bis 2012 sowie 2014 und 2015. Ende 2011 belegte sie den dritten Platz beim Grand-Slam-Turnier in Tokio. Bei den Europameisterschaften 2012 in Tscheljabinsk erreichte sie das Finale mit einem Sieg über die Slowenin Raša Sraka, im Finale unterlag sie der Niederländerin Edith Bosch. Bei den Olympischen Spielen 2012 in London schied sie wie vier Jahre zuvor in der ersten Runde aus. Diesmal unterlag sie nach 2:16 Minuten der Chinesin Chen Fei.