In singolare si è aggiudicata otto titoli WTA e ha raggiunto per la prima volta la top ten del ranking mondiale al termine della stagione 2018, anno in cui si è spinta fino alla finale del prestigioso WTA 1000 di Indian Wells, persa contro Naomi Ōsaka, per poi perfezionare il suo best ranking fino alla 8ª posizione nell'ottobre 2022. Per quanto riguarda i tornei del Grande Slam si è qualificata alla semifinale dell'Open di Francia 2022.

Biografia È stata sponsorizzata da Nike, Tecnifibre e Instaforex per tutta la sua carriera. La sua sponsorizzazione con Nike è terminata nel 2021, a seguito di una serie di risultati modesti. Nell'agosto 2021, ha firmato un accordo con Adidas per abbigliamento e calzature.

A inizio 2022 firma un nuovo accordo con Artengo in qualità di fornitore di racchette.

In un'intervista del 2021 resa a Sofya Tartakova, ha rilasciato dichiarazioni della quale lasciava intendere di essere bisessuale. In una successiva intervista del 2022 con lo youtuber Vitja Kravchenko ha dichiarato di essere lesbica, affermando di avere una relazione con la pattinatrice artistica Natal'ja Zabijako. Ha anche detto di non poter più vivere nell'ombra e ha fortemente criticato le persecuzioni e le restrizioni dei diritti imposte alla comunità LGBT in Russia. Nella stessa intervista ha condannato l'invasione russa dell'Ucraina del 2022, chiedendo la fine dell'aggressione militare e mostrando solidarietà al popolo ucraino.

Il 28 marzo 2025, Kasatkina annuncia di aver preso la cittadinanza australiana e di rappresentare l'Australia a tutti gli eventi tennistici, inclusi gli Slam.

Carriera A livello juniores ha vinto il torneo singolare ragazze all'Open di Francia 2014, sconfiggendo Ivana Jorović in finale in tre set.

2017: primo titolo WTA Prende parte al torneo di Brisbane dove, dopo avere superato con un doppio 6-3 Irina-Camelia Begu, perde in una partita complicata contro Garbiñe Muguruza, quarta testa di serie, per 5-7 6-3 6-7. Nel doppio, in coppia con la Begu, si spinge fino ai quarti di finale, dove vengono elimanate per 5-10 nel set decisivo da Bethanie Mattek-Sands e Sania Mirza, teste di serie numero uno del tabellone. A Sydney sconfigge Tímea Babos (3-6 6-4 6-2), Angelique Kerber (7-6 6-2), per poi perdere nei quarti di finale contro Johanna Konta per 3-6 5-7. In doppio, insieme a Dar'ja Gavrilova, raggiunge i quarti di finale dove sono costrette al ritiro senza scendere in campo. All'Australian Open è testa di serie numero 23, ma esce di scena a sorpresa contro Peng Shuai che la batte in due set. In doppio non fa meglio: viene sconfitta da Kirsten Flipkens e Sara Errani, giocando in coppia con Gavrilova. A San Pietroburgo è l'ottava testa di serie; supera Belinda Bencic per 6-2 7-5, per poi perdere contro Natal'ja Vichljanceva per 6-7 2-6. A Doha sconfigge Irina-Camelia Begu per 3-6 6-1 7-5, Angelique Kerber per 6-4 0-6 6-4, per poi perdere contro Mónica Puig per 6-4 5-7 4-6. A Dubai viene subito estromessa da Caroline Wozniacki per 2-6 5-7. Nel doppio ha più fortuna: riesce ad arrivare fino al terzo turno in coppia con Irina-Camelia Begu. Sul territorio statunitense arriva al secondo turno a Indian Wells, dove viene battuta da Kristýna Plíšková per 0-6 3-6; a Miami viene estromessa all'esordio dalla padrona di casa Shelby Rogers.

A Charleston vince il suo primo torneo WTA superando nell'ordine: Danka Kovinić (6-1 6-2), Mónica Puig (6-0 6-7 6-2), Dar'ja Gavrilova (6-3 4-6 6-0), Irina-Camelia Begu (6-4 6-1), Laura Siegemund (3-6 6-2 6-1) e in finale anche Jeļena Ostapenko per 6-3 6-1. Invece in doppio, in coppia con Dar'ja Gavrilova, viene eliminata al terzo turno per 3-10 nel terzo set. A Stoccarda viene estromessa subito dalla connazionale Elena Vesnina. A Madrid non fa meglio: viene eliminata da Roberta Vinci per 1-6 6-1 1-6. In doppio, in coppia con Raquel Kops-Jones, viene eliminata al secondo turno. Anche a Roma non va oltre il primo turno a causa di un infortunio su un putenggio a lei favorevole: 6-4 3-4. Chiude la stagione su terra a Parigi, dove si presenta come ventiseiesima testa di serie e si spinge fino al terzo turno superando Yanina Wickmayer (7-5 6-4) e Markéta Vondroušová (7-6 6-4); perde contro la futura finalista Simona Halep in due comodi set. In doppio, in coppia con la connazionale Irina Chromačëva, arriva fino al secondo turno.

A Wimbledon le viene assegnata la 29ª testa di serie. Supera Zheng Saisai per 6-2 6-4, per poi perdere contro Anett Kontaveit per 3-6 2-6. A Toronto non fa meglio; dopo aver sconfitto con un doppio tie-break Roberta Vinci, perde contro Elina Svitolina per 6-7 4-6. A Cincinnati supera Aljaksandra Sasnovič pr 6-4 6-2, ma nel turno successivo si deve arrendere a Madison Keys (2-6 1-6). In doppio, sempre in coppia con Gavrilova, arriva fino al terzo turno. A New Haven perde al terzo turno per mano di Elise Mertens (2-6 5-7). All'US Open arriva fino al quarto turno per la prima volta dove è costretta ad arrendersi a una rientrante Kaia Kanepi (4-6 4-6). A Tokyo si spinge fino al terzo turno, dove viene sconfitta da Angelique Kerber per 6-7 3-6. In doppio, insieme a Gavrilova, arriva fino alla finale senza tuttavia riuscire ad aggiudicarsi il torneo. Anche a Wuhan arriva al terzo turno dove, dopo aver sconfitto con facilità Simona Halep (6-2 6-1), perde contro Ekaterina Makarova con un doppio 4-6. Al China Open arriva fino ai quarti di finale dove viene subisce la vendetta di Simona Halep che le lascia solo tre giochi. Chiude la stagione disputando la sua prima finale in singolare nel torneo di casa, la Kremlin Cup, dove si arrende a Julia Görges per 1-6 2-6.

2018: due quarti di finale Slam, secondo titolo WTA, finale a Indian Wells e top 10

Inizia l'anno malamente perdendo al secondo turno nel torneo di Brisbane International contro Kaia Kanepi con un doppio 6-2. Anche a Sydney Open esce al secondo turno, stavolta per mano di Barbora Strýcová, con un risultato di 5-7 6-1 4-6. Agli Australian Open non va meglio: perde nuovamente al secondo turno contro Magda Linette con un punteggio di 6(4)–7 2-6. A St. Petersburg si spinge fino alla semifinale dove perde contro Kristina Mladenovic (6-3 2-6 2-6), dopo aver sconfitto nei quarti la testa di serie nº 1, Caroline Wozniacki. Prende parte al Qatar Ladies Open dove è costretta al ritiro per un dolore al collo contro l'americana CiCi Bellis. A Dubai centra la prima finale dell'anno dove viene sconfitta facilmente da Elina Svitolina per 4-6 0-6. Qui sconfigge Agnieszka Radwańska per 7-5 6-4, Johanna Konta per 4-6 7-6 6-2, Elena Vesnina per 7-6 6-1 e Garbiñe Muguruza per 3-6 7-6 6-1.

Agli Indian Wells centra la seconda finale della stagione superando Kateřina Siniaková per 6-2 5-2, costretta al ritiro, Sloane Stephens per 6-4 6-3, Caroline Wozniacki per 6-4 7-5, Angelique Kerber per 6-0 6-2, Venus Williams per 4-6 6-4 7-5; per poi perdere contro Naomi Ōsaka per 3-6 2-6. Grazie a questo risultato migliora il suo best ranking, arrivando fino alla posizione nº 11.

A Miami viene rimontata al primo turno da Sofia Kenin per 6-3 2-6 2-6. A Charleston raggiunge in quarti venendo estromessa da Julia Görges per 4-6 3-6. A Stoccarda e Praga non va oltre il primo turno perdendo rispettivamente contro Magdaléna Rybáriková e Jasmine Paolini. A Madrid raggiunge i quarti di finale sconfiggendo avversarie come la nº 3 del mondo, Garbiñe Muguruza, in tre set; viene poi fermata da Petra Kvitová per 4-6 0-6. Negli Internazionali d'Italia raggiunge gli ottavi di finale, dove viene rimontata dalla futura trionfatrice, Elina Svitolina, in tre set. Nell'Open di Francia raggiunge per la prima volta i quarti di finale in un torneo Slam. Dopo aver sconfitto la nº 2 del mondo, Caroline Wozniacki, viene sconfitta nettamente dalla futura finalista Sloane Stephens per 1-6 3-6.

A Birmingham viene fermata al secondo turno da Lesja Curenko, mentre ad Eastbourne raggiunge i quarti di finale perdendo contro Angelique Kerber in tre set. Nel torneo di Wimbledon raggiunge per la seconda volta in carriera i quarti di finale in uno Slam. Non va oltre per mano della futura campionessa, la sopra citata Kerber.

Sia a Mosca che a Montréal non va oltre il secondo turno perdendo rispettivamente da Tamara Zidanšek e da Marija Šarapova.

Ha vinto il suo primo titolo dell'anno in casa alla Kremlin Cup, sconfiggendo Ons Jabeur in finale per 2-6 7–6(3) 6-4. La vittoria le ha assicurato il debutto nella top ten (10ª posizione). Inoltre, Kasatkina si è qualificata per le Finals WTA 2018 di Singapore come riserva, sostituendo Aryna Sabalenka. Chiude l'anno giocando il WTA Elite Trophy di Zhuhai, dove è prima testa di serie. È inserita nel gruppo "Azalea", assieme a Madison Keys e Qiang Wang. La russa batte la cinese per 6-1 2-6 7-5 ma perde da Keys in due netti set (2-6 4-6). Arriva terza nel girone, non qualificandosi per le semifinali.

Termina la stagione al nº10 del mondo, suo best-ranking.

2019-2020: biennio negativo

2019: crollo fino alla top 70 La russa inizia molto male l'anno, raccogliendo 3 sconfitte all'esordio a Brisbane (contro Kimberly Birrell, nº283 del mondo), a Sydney (1-6 4-6 contro Sasnovich) e all'Australian Open (contro Timea Bacsinszky, 3-6 0-6). A San Pietroburgo (dove è uscita dalla top-10, nel frattempo) ottiene un bye all'esordio e approfitta del walkover di Maria Sharapova. Ai quarti gioca la sua prima partita, persa contro la wild card di casa Vera Zvonareva. A Dubai arriva la prima vittoria stagionale contro Magdalena Frech (6-3 3-6 6-4) prima di cedere a Sofia Kenin in tre set. A Indian Wells, dove difendeva la finale, esce al secondo turno (dopo un bye) contro Markéta Vondroušová, addirittura per 2-6 1-6. A causa dell'uscita prematura, esce dalla top-20. A Miami coglie il terzo turno, perdendo da Venus Williams (3-6 1-6).

Il cambio di superficie non sembra giovare molto alla russa: esce all'esordio a Madrid mentre a Stoccarda e Parigi trova il secondo turno. Il miglior risultato lo ottiene a Roma, dove centra il terzo turno (battendo Begu e Siniaková) perdendo ancora da Vondroušová. Nella breve parentesi erbivora, non ottiene nemmeno un successo tra Eastbourne e Wimbledon (sconfitta da Petkovic e Tomljanovic).

Kasatkina scende fino alla quarantesima posizione. Prova a riprendersi nello swing americano: ottiene però risultati di poco conto (3 secondi turni e un'uscita all'esordio agli US Open) così come a Wuhan e Osaka (dove esce subito). A Pechino gioca, invece, il suo miglior risultato stagionale: elimina Shuai Peng per 2-6 6-4 6-4 per poi ottenere la vittoria più significativa del suo anno su Aryna Sabalenka (nº14 del mondo) con lo score di 6-4 7-6(5). Al terzo turno rifila un 6-4 6-3 a Ekaterina Alexandrova, accedendo ai quarti, dove cede a Caroline Wozniacki in due set. Chiude la stagione alla Kremlin Cup, dove è chiamata a difendere il titolo: Kasatkina esce all'esordio contro Dayana Yastremska. A causa del pessimo risultato, crolla nel ranking, affondando alla 69ª posizione, con cui chiude l'anno.

2020

La russa comincia la stagione ad Auckland, dove batte Carla Suarez Navarro in tre set prima di cedere ad Amanda Anisimova. Si qualifica per il main draw di Adelaide, dove viene subito estromessa da Belinda Bencic. All'Australian Open e a San Pietroburgo viene sconfitta al primo turno. A Dubai non riesce a passare le qualificazioni mentre a Doha riesce a vincere i due match qualificatori prima di venir fermata da Garbine Muguruza (5-7 7-5 3-6). All'international di Lione, è accreditata della settima testa di serie: batte Pauline Parmentier e Irina Bara nei primi due turni mentre, ai quarti, vince contro Camila Giorgi (6-4 4-6 6-2). Torna in semifinale in un evento WTA a distanza di più di un anno (Kremlin Cup 2018): nella circostanza cede ad Anna-Lena Friedsam in tre set.