Erste internationale Erfahrungen sammelte Kathryn Mitchell bei der Sommer-Universiade 2003 in Daegu, bei denen sie mit einer Weite von 52,05 m den zwölften Platz belegte. 2006 nahm sie erstmals an den Commonwealth Games in Melbourne teil und erreichte dort mit 55,22 m Rang sechs und vier Jahre darauf bei den Spielen in Neu-Delhi mit einem Wurf auf 54,25 m Fünfte. 2012 qualifizierte sie sich für die Olympischen Spiele in London, bei denen sie mit 59,46 m im Finale den neunten Platz belegte. Im Jahr darauf wurde sie bei den Weltmeisterschaften in Moskau mit 63,77 m Fünfte und bei den Commonwealth Games 2014 in Glasgow mit 62,59 m Vierte.