Кэтрин Паркинсон родилась 9 марта 1978 года в Кембридже, Великобритания. У неё русские, итальянские и монгольские предки. Мать Кэтрин – учительница, преподаёт в лондонской школе для девочек Джеймса Аллена, старинном и уважаемом учебном заведении. Паркинсон получила среднее образование в школе для девочек Тиффин в городе Кингстон-апон-Тэмз в английском графстве Суррей. Затем она изучала классические языки и литературу в Оксфордском колледже Святой Хильды, где познакомилась со своей лучшей подругой, будущей комедийной актрисой Кэти Брэнд. После Оксфорда Кэтрин Паркинсон отправилась в Лондон, где стала учиться в Академии музыки и драматического искусства. Там она встретила будущего коллегу по сериалу «Компьютерщики» и нескольким другим фильмам, ирландского актёра Криса О’Дауда.
Кэтрин Паркинсон бросила обучение в Академии музыки и драматического искусства после того, как получила главную роль в театральной постановке «Брачный возраст». С этих пор актриса полностью посвятила себя театру, участвуя в таких известных постановках, как чеховская «Чайка», где, помимо неё играли Кристин Скотт Томас и Макензи Крук. Она также принимала участие в комедийных скетчах своей оксфордской подруги Кэти Брэнд, у которой к тому времени была своя передача на телеканале ITV2, а также выступала в нескольких радиопередачах радиостанции BBC Radio 4.
В 2006 году Кэтрин Парктнсон снялась в одном из самых успешных телесериалов британского телеканала Channel 4 «Компьютерщики». Ей досталась главная женская роль Джен Барбер, молодой и амбициозной начальницы, которая становится руководительницей отдела техподдержки, состоящего из двух компьютерщиков, Роя (Крис О’Дауд) и Мосса (Ричард Айоэйд), каждый из которых имеет свои странности, и проживающего в серверной комнате гота Ричмонда (Ноэль Филдинг). Несмотря на то, что через некоторое время выясняется, что Джен вообще ничего не понимает в компьютерах (она, например, считает, что Интернет можно уместить в небольшой коробочке), ей удаётся найти общий язык со своими коллегами. В 2009 году, после показа третьего сезона сериала «Компьютерщики», Кэтрин Паркинсон была признана одной из самых высокооплачиваемых актрис на телеканале Channel 4.
Вместе с коллегой по «Компьютерщикам» Крисом О’Даудом Кэтрин Паркинсон сыграла небольшие роли в картинах «Как потерять друзей и заставить всех тебя ненавидеть» и «Рок-волна». Помимо этого она принимала участие в рекламе шоколадных конфет Maltesers вместе со своей подругой, комедийной актрисой Амандой Аббингтон. В 2010 году она озвучивала рекламный ролик шампуня Herbal Essences. В настоящий момент Кэтрин Паркинсон исполняет одну из главных ролей в комедийном сериале телеканала BBC Four «The Great Outdoors», состоящем из трёх частей. Первый эпизод сериала был показан 28 июля 2010 года.
В 2007 году Кэтрин Паркинсон объявила о своей помолвке с британским комедийным актёром Гарри Пикоком . Официального объявления о свадьбе не было, но в 2009 году, на вручении премии Лучшая актриса телевизионной комедии, Паркинсон говорила о Пикоке как о своём муже.