Pierwszy sukces w karierze Catherine Cheatley osiągnęła w 2007 roku, kiedy została mistrzynią Nowej Zelandii w indywidualnym wyścigu na dochodzenie. Jeszcze w tym samym roku wystartowała na mistrzostw świata w Palma de Mallorca, gdzie wywalczyła brązowy medal w wyścigu punktowym, wyprzedziły ją jedynie Australijka Katherine Bates i Dunka Mie Bekker Lacota. W 2008 roku brała udział w igrzyskach olimpijskich w Pekinie, zajmując 53. miejsce w szosowym wyścigu ze startu wspólnego oraz siedemnaste miejsce w wyścigu punktowym. Na szosowych mistrzostwach świata w Mendrisio zajęła dziesiąte miejsce w wyścigu ze startu wspólnego. W tej samej konkurencji została mistrzynią Nowej Zelandii w 2011 roku.