Brun-Lie har tre gull i junior-NM, og var med på det norske vinnerlaget under junior-VM 2007. Den 14. desember 2008 fikk hun sin første pallplassering i verdenscupen, da hun ble nummer to bak Petra Majdič, men foran Marit Bjørgen på sprinten i Davos. Hun tok sitt første NM-gull på sprinten i NM på ski 2009, foran Maiken Caspersen Falla og Marit Bjørgen. Hun ble senere norgesmester i lagsprint både i 2010 og 2011, begge ganger sammen med Britt Ingunn Nydal.