Im Alter von 15 Jahren bestritt sie ihre ersten FIS-Rennen. Im Januar 2012 nahm sie an den Olympischen Jugend-Winterspielen in Innsbruck teil, wo sie in allen Disziplinen außer der Abfahrt startete. Im Slalom gewann sie die Bronzemedaille, nachdem sie bereits in Super-Kombination und Riesenslalom Top-10-Ergebnisse erzielt hatte. Bei ihrem ersten Start im Rahmen von Juniorenweltmeisterschaften belegte sie in Roccaraso Rang 21 im Slalom. Bei drei weiteren Teilnahmen erreichte sie 2016 als bestes Resultat einen achten Platz im Slalom von Sotschi. Im Januar 2014 gab sie in Kirchberg ihr Europacup-Debüt, schaffte jedoch bis heute keine Spitzenplatzierungen. Deutlich bessere Ergebnisse konnte sie bislang im Far East Cup verbuchen, in dem sie nach ihrem bereits vierten Sieg 2016/17 Rang fünf in der Gesamtwertung sowie Rang drei in der Slalomwertung belegte.
Ihr Weltcup-Debüt gab Tkatschenko am 12. November 2016 im Slalom von Levi. Erstmals punkten konnte sie im darauffolgenden Januar mit Rang 28 in Flachau. Ihre ersten Weltmeisterschaften in St. Moritz beendete sie mit einem 29. Slalomrang. Mit einem 26. Rang in Zagreb, einer neuen persönlichen Bestleistung, reiste sie zu den Olympischen Winterspielen nach Pyeongchang und klassierte sich im Slalom auf Platz 32. Mit der russischen Mannschaft belegte sie den geteilten neunten Rang. Bis dato wurde Katja Tkatschenko dreimal russische Staatsmeisterin, zweimal in ihrer Paradedisziplin Slalom (2015 und 2017) sowie einmal im Riesenslalom (2015).
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