Lucie Décosse gewann 1998 die Bronzemedaille bei den Weltjugendspielen in Moskau, 2000 siegte sie bei den Juniorenweltmeisterschaften in Nabul. 2001 erkämpfte sie beim Weltcupturnier in Paris ihren ersten großen Turniersieg in der Erwachsenenklasse, Anfang 2002 siegte sie bei den Europameisterschaften in Maribor, konnte ihren Titel jedoch im Folgejahr nicht verteidigen. Nach siebten Plätzen bei den Weltmeisterschaften 2003 und den Europameisterschaften 2004 belegte Décosse auch bei den Olympischen Spielen 2004 den siebten Platz.
2005 gewann sie zwei internationale Medaillen: nach Bronze bei den Europameisterschaften in Rotterdam siegte sie bei den Weltmeisterschaften in Kairo im Finale gegen Ayumi Tanimoto aus Japan. 2006 unterlag sie im Finale der Europameisterschaften in Tampere gegen die Britin Sarah Clark, im September 2006 gewann sie in Paris den Mannschafts-Weltmeistertitel. 2007 siegte Décosse bei den Europameisterschaften in Belgrad, bei den Weltmeisterschaften 2007 unterlag sie im Finale gegen Driulis Gonzalez aus Kuba. 2008 gewann Décosse in Lissabon ihren dritten Europameistertitel; bei den Olympischen Spielen 2008 fand im Finale ein Revanchekampf für das Weltmeisterschaftsfinale 2005 statt, Tanimoto besiegte Décosse nach 1:26 Minuten durch Ippon.