Katarina Leoson är född och uppvuxen i Lysvik i Värmland. Efter studier på apotekarlinjen i Uppsala började Katarina 1994 på Operahögskolan i Stockholm och tog där examen 1998.

1996 gjorde Katarina sin debut på Kungliga Operan i Stockholm som Tredje Damen i Mozarts ”Trollflöjten”. Sedan 1999 tillhör Katarina den fasta ensemblen vid Kungliga Operan och har bl.a. sjungit titelrollen i Bizets ”Carmen”, Suzuki i ”Madama Butterfly”, Maddalena i ”Rigoletto”, Hans i Humperdincks ”Hans och Greta”, Olga i Tjajkovskijs ”Eugen Onegin och Tisbe i Rossinis ”Askungen”.

Katarina har också medverkat vid flera uruppföranden vid Operan. 2001 sjöng hon rollen som Kath då Torgny Lindgrens roman ”Hummelhonung” tonsattes av Carl Unander-Scharin och sommaren 2004 sjöng hon i Miklós Maros nyskrivna opera ”Kastrater” som hade urpremiär på Drottningholms Slottsteater. Katarina medverkade även som Masarin då Barbro Lindgrens barnbok ”Loranga, Masarin och Dartanjang” blev tonsatt av Carl Unander-Scharin. 

Katarina har också sjungit Mrs Pike i Brittens ”Albert Herring” på Det Kongelige Teater i Köpenhamn och tillsammans med Folkoperan sjöng hon titelrollen i ”Carmen” på deras turné till B.A.M. i New York.
 
Förra säsongen sjöng Katarina bl.a. titelrollen i Mats Eks kritikerrosade uppsättning av Glucks ”Orphée”, Amastre i Händels ”Xerxes” och gjorde också sin första Erda i Wagners ”Ringen”.

Denna säsong sjunger Katarina återigen Carmen, nu i Vincent Boussards nyuppsättning och i vår medverkar hon i Tjajkovskijs ”Spader Dam” som Pauline.

Katarina sjunger även gärna Liederabends och uppträder också ofta som oratorie- och konsertsångerska. Hennes repertoar med symfoniorkester inkluderar bl.a. Bachs och Händels oratorier samt verk av Mahler och Brahms.