Erste internationale Erfahrungen sammelte Julija Kossenkowa im Jahr 2000, als sie bei den Halleneuropameisterschaften in Gent in 4:13,60 min die Bronzemedaille über 1500 Meter hinter der Rumänin Violeta Szekely und ihrer Landsfrau Olga Kusnezowa gewann. Im Oktober belegte sie beim IAAF Grand Prix Final in Doha in 4:21,15 min den siebten Platz. Im Jahr darauf belegte sie bei den Weltmeisterschaften in Edmonton in 4:08,84 min im Finale den neunten Platz und wurde dann beim Grand Prix Final in Melbourne in 4:11,12 min Sechste. 2002 belegte sie bei den Halleneuropameisterschaften in Wien in 4:08,63 min den vierten Platz und 2004 gelangte sie bei den Hallenweltmeisterschaften in Budapest mit 4:09,32 min auf den sechsten Platz. Im selben Jahr beendete sie im Alter von 31 Jahren ihre aktive sportliche Karriere.
2000 wurde Kossenkowa russische Hallenmeisterin im 1500-Meter-Lauf.