Avec ses compatriotes Ingrid Berghmans et Gella Van de Caveye , elle a marqué le judo féminin. Entre 1994 et 2001, elle a remporté 7 titres européens (six autres médailles) et quatre médailles mondiales (sans un titre). Spécialisté dans la catégorie des moins de 72 kilos (qu’elle quittera en 1998 pour les moins de 70 kilos). Après des titres de championne d’Europe et du monde chez les juniors, elle enchaîne victoire sur victoire dans la catégorie des seniors. Entre 1994 et 1999, elle s’adjuge six titres européens consécutifs. En 1995 et 1999, elle est aussi vice-championne du monde. Mais le plus beau titre de sa carrière est sans conteste la médaille d’or obtenue aux Jeux olympiques d’Atlanta, en 1996.
Dans la catégorie des moins de 18 ans, en 1987, elle devient vice-championne d’Europe à l’âge de 15 ans. Deux ans plus tard, encore juniore, elle participe au championnat d’Europe des seniores et obtient la médaille de bronze de la catégorie des moins de 66 kilos. Elle s’alignera ensuite dans la catégorie des moins de 72 kilos. Toujours en 1989, elle décroche le titre de championne d’Europe juniore et, l’année suivante, celui de championne du monde juniore. L’année 1990 marque son passage définitif dans la catégorie des seniors. Elle se classe troisième au championnat d’Europe, exploit qu’elle réédite en 1991.

Aux Jeux olympiques de Barcelone en 1992, Ulla Werbrouck doit se retirer des épreuves de repêchage pour cause de blessure. Une fois guérrie de sa déception, elle enchaîne les titres. Elle remporte tout d’abord l’argent aux championnats d’Europe de 1992 et 1993 avant de gagner ceux de 1994, 1995 et 1996. Au championnat du monde de 1995, elle se classe deuxième. Mais sa plus belle année sera 1996 puisque, outre son titre européen, elle est couronnée d’or aux Jeux olympiques d’Atlanta après un parcours sans faute et une finale épique contre la Japonaise Yoko Tanabe .

En 1997, Ulla Werbrouck ajoute un nouveau titre de championne d’Europe à son palmarès et décroche une médaille de bronze au championnat du monde. Passée dans la catégorie  des moins de 70 kilos en 1998, elle remporte l’or européen cette année ainsi que la suivante, pour la sixième fois consécutive. Elle reçoit, toujours en 1998, le Trophée national du mérite sportif. En 1999, elle est également vice-championne du monde pour la seconde fois.

Pour les Jeux olympiques de Sydney en 2000, c’est Ulla Werbrouck qui est désignée pour être le porte-drapeau de la délégation belge. Malheureusement, ces Jeux ne lui rapporteront aucune médaille. Entre 2000 et 2002, Ulla Werbrouck remportera encore deux médailles aux championnats d’Europe (une d'or et une de bronze) et deux médailles de bronze aux Championnats du Monde.

Après sa carrière sportive, elle s'est lancée dans la politique (députée fédérale belge de 2007 à 2009) puis députée flamande de 2009 à 2014.