Cathelijn Peeters studeerde 'Molecular and Cellular Life Sciences' aan de Universiteit Utrecht. Hoewel ze al aan atletiek deed, lag haar focus vooral op haar studie. In 2013 won ze haar eerste NK-medaille, een zilveren plak bij het kogelslingeren bij de B-junioren. Een jaar later volgde brons op de 400 meter horden bij de A-junioren, en in 2015 sloot ze haar tijd als junior af met opnieuw brons bij het kogelslingeren. Vanaf 2018 nam Peeters als senior deel aan de Nederlandse indoorkampioenschappen op de 400 meter, maar bereikte in eerste instantie niet de finales. Haar eerste doorbraak kwam in 2019 op de NK outdoor, waar ze brons won op de 400 meter horden. Dit viel samen met het afronden van haar studie. In de jaren daarna groeide Peeters uit tot een vaste waarde in de Nederlandse atletiek. Ze werd tussen 2020 en 2022 driemaal nationaal kampioen op de 400 meter horden. Hoewel Femke Bol in deze periode haar focus verlegde naar de 200 meter op nationale kampioenschappen, wist Peeters haar persoonlijke records op zowel de 400 meter als de 400 meter horden met ongeveer vier seconden te verbeteren.
Hoewel Cathelijn Peeters in 2020 en 2021 al nationaal kampioen werd op de 400 meter horden, kwam haar echte doorbraak in het indoorseizoen van 2022. Op dat moment was ze 25 jaar oud. Voorafgaand aan dat seizoen stonden haar persoonlijke records op 56,50 (outdoor) en 56,78 (indoor) op de 400 meter. Tijdens de NK indoor 2022 verbeterde ze zich aanzienlijk. In de series liep ze een verrassende 53,56, waarmee ze zich plaatste voor de finale. Daarin eindigde ze als zesde. Hoewel ze daarmee dichtbij een internationale doorbraak was, miste ze net de selectie voor de wereldkampioenschappen indoor in Belgrado. Alleen de top vijf van de NK indoor werd geselecteerd voor de 4 × 400 meter estafette, waardoor haar internationale debuut nog even op zich liet wachten.
Cathelijn Peeters komt uit een sportieve familie met een sterke achtergrond in de atletiek. Haar oma, Riet Jonkers-Slegers, was in 1963 de eerste Nederlandse kampioene veldlopen bij de vrouwen en behaalde later wereldrecords en titels in de Mastersatletiek. Haar vader, René Peeters, was een succesvolle middellangeafstandsloper met indrukwekkende prestaties op de 800 en 1000 meter. Ook haar oom, Ad Peeters, had talent op de 800 meter. Dankzij deze sportieve achtergrond groeide Peeters op in een omgeving waar atletiek een grote rol speelde. Haar familie heeft haar altijd gesteund in haar sportcarrière, waarbij zowel haar oma als haar vader een bron van inspiratie voor haar zijn geweest.
Eerste titel: Ned. kampioene 400 m horden 2020
