Cătălina Ponor startete für C.S.Ș. nr. 1 Farul Constanța und wurde dort von Matei Stănei und Gabriela Dosoftei trainiert. Sie machte zum ersten Mal international auf sich aufmerksam, als sie bei den Turn-Weltmeisterschaften 2003 drei Silbermedaillen gewann: im Mannschaftsmehrkampf, am Boden und am Schwebebalken. 2004 holte sie bei den Europameisterschaften in denselben Disziplinen drei Goldmedaillen.