Кетеван родилась в Грузии, в возрасте 8 лет переехала в Северную Ирландию, а в 14 лет — в Англию. Её дебют состоялся в 2003 году. Мелуа работает с небольшой звукозаписывающей компанией «Dramatico» под руководством известного музыканта и композитора Майка Батта (Mike Batt).
В ноябре 2003 года, когда Кэти было всего 19 лет, увидел свет её первый альбом «Call Off the Search», занявший первые строчки в чартах Великобритании и разошедшийся тиражом 1,2 миллиона копий за первые 5 месяцев. Её второй альбом, «Piece by Piece», вышел в сентябре 2005 года и к настоящему времени стал четырежды платиновым.
Кетеван родилась в городе Кутаиси Грузинской ССР в 1984 году и провела первые годы жизни с дедушкой и бабушкой в столице Грузии Тбилиси перед тем, как вместе с родителями и братом переехать в Батуми, Аджария, где ее отец работал доктором.
В 1993 году семья Мелуа эмигрировала в Белфаст, Северная Ирландия, где её отец получил должность в престижном госпитале Ройал Виктория. В это время Кэти посещала католические школы: Начальную школу Св. Катерины и Доминиканский Колледж в Фортвильяме, а её младший брат — протестантские школы. В 1998 году семья опять переехала, на этот раз в Редхилл, графство Суррей. В результате такого разностороннего воспитания Кэти знает три языка — грузинский, русский и английский.
2 октября 2006 года Мелуа вошла в Книгу рекордов Гиннеса за исполнение самого глубоководного концерта — 303 метра ниже уровня моря на Платформе Troll A компании Statoil в Северном море. Мелуа и её группа прошли необходимые медицинские обследования и тренировки на выживание в Норвегии перед тем, как совершить перелёт на вертолёте и высадиться на платформу. Запись этого концерта вышла на DVD под названием «Концерт под морем» (Concert Under the Sea), в июне 2007 года. Указанный рекорд сохранялся за Мелуа до апреля 2007 года, когда оркестр из польского Калиша сыграл концерт под землёй, в Величской соляной шахте на глубине 327 м.