В 1927 семья переехала в Нью-Йорк. Кэти изучала танцевальное, актёрское и оформительское искусство в Колумбийском и Нью-Йоркском университетах. После 1942 по стипендии училась музыке в Париже и Милане. В 1950—1966 была замужем за итальянским композитором Лучано Берио. Как певица дебютировала в 1957 в Неаполе, в 1960 — в США.
Ей посвящали сочинения и для её голоса писали Берио («Тема. Посвящается Джойсу», «Круги», «Сольный концерт для Кэти»), Стравинский («Памяти Дж. Ф. К.»), Джон Кейдж, Анри Пуссёр, Сильвано Бусотти, Х. В. Хенце, Луи Андриссен и другие крупнейшие представители авангарда XX в. Кроме того, К. Б. исполняла сочинения К.Монтеверди («Орфей», «Коронация Поппеи», мадригалы), К.Дебюсси, Ж.Оффенбаха, Э.Сати, Дж. Гершвина, Д.Мийо, Л.Ноно, Б. Мадерны, К.Вайля, песни группы «Битлз», армянские народные песни.
В 2003 Анри Пуссёр написал микрооперу для женского голоса и кларнета «Rossignolade» памяти певицы и Лучано Берио.
Из ее собственных произведений наиболее известна «Стрипсодия» для голоса соло (1966).