Единственная в мире трехкратная олимпийская чемпионка по биатлону.
Участница олимпийского турнира 1998 г. по лыжным гонкам перешла в биатлон годом позже и уже в третьей гонке на этапах Кубка мира поднялась на пьедестал (бронза в спринте).
В этом же сезоне стала чемпионкой мира (тоже спринт), а еще через год – двукратной олимпийской чемпионкой (в спринте и эстафете). Однако вслед за ярким всплеском последовала длительная беспобедная пауза – свою следующую личную награду на статусных турнирах Вильхельм завоевала лишь спустя четыре года, став олимпийской чемпионкой в гонке преследования. В том же сезоне Вильхельм стала обладательницей Кубка мира.
Что же касается личных успехов на чемпионатах мира, то в 2007 году Кати добыла бронзу в масс-старте и лишь на своем последнем чемпионате мира – в 2009 году – стала чемпионкой в спринте и индивидуальной гонке.
Вместе с тем на протяжении десяти лет карьеры на высшем уровне Вильхельм была неизменной участницей эстафетных гонок, собрав в этой дисциплине три олимпийские медали (золото, серебро и бронзу) и семь с чемпионатов мира (два золота, два серебра и три бронзы).