Изучала антропологию в Чикагском университете, где среди ее преподавателей были А.Рэдклифф-Браун, Б.Малиновский, Э.Сепир, Р.Редфилд, затем в Северо-западном университете, где занималась под руководством М.Херсковица. В 1933 создала в Чикаго танцевальный коллектив Negro Dance Group. В 1935—1936 изучала традиционную танцевальную культуру на Антильских островах, на этом материале написала и защитила в Чикагском университете диссертацию Гаитянские пляски (переведена на несколько языков). В 1939 дебютировала в кино, выступала как актриса и хореограф. В 1940-х годах основала Компанию Кэтрин Данэм — первую афроамериканскую компанию современного танца, гастролировала с ней более чем в 50 странах мира. Выступала на Бродвее, в Метрополитен Опере, работала с Солом Юроком, сотрудничала с Джорджем Баланчиным. Ушла со сцены в 1967.
В 1967 основала для детей бедняков Performing Arts Training Center в Ист-Сент-Луисе, штат Иллинойс (ныне — Центр искусств и гуманитарных наук Кэтрин Данэм).
Ведущая фигура в теоретическом и практическом развитии антропологии танца (этнохореографии). Дружила с Эрихом Фроммом, Гарри Белафонте. Участвовала в движениях протеста, в последний раз, в возрасте 82-х лет - в 47-дневной голодовке против насильственной репатриации гаитянских беженцев правительством США.
Среди ее учеников — Элвин Эйли, Эрта Китт, Грегори Пек, Уоррен Битти, Сидни Пуатье, Марлон Брандо, Джеймс Дин и многие другие. Долгие годы ее ассистентом и личным секретарем была Майя Дерен.
Музыкальная премия Альберта Швейцера (1979), Знак почёта Центра имени Кеннеди (1983), Знак отличия Американской антропологической ассоциации (1986), Национальная медаль за достижения в искусстве (1989) и многие другие награды. Газета Вашингтон Пост назвала Данэм «Екатериной Великой балетной сцены». Она включена в биографический словарь 100 величайших афроамериканцев () (2002).