Katharina Peetz erhielt Unterricht bei Thomas Quasthoff, Christa Ludwig, Brigitte Fassbaender und Petra Lang. Derzeit wird sie künstlerisch betreut von Prof. Heidrun Franz Vetter. Noch während ihres Studiums wurde sie ans Opernhaus Zürich engagiert. Hier erarbeitete sie sich zentrale Partien ihres Fachs und hat u. a. Erda / DAS RHEINGOLD, Hänsel / HÄNSEL UND GRETEL, Medoro / ORLANDO, Haushälterin / DIE SCHWEIGSAME FRAU, Dritte Dame / DIE ZAUBERFLÖTE, Margarita / I QUATTRO RUSTEGHI, Henry / DER OPERNBALL, Lola / CAVALLERIA RUSTICANA und Maddalena / RIGOLETTO gesungen.

In der Kritikerumfrage der Zeitschrift „Opernwelt“ wurde Katharina Peetz als „Nachwuchskünstlerin des Jahres 2001“ genannt. Sie trat im Konzertbereich mit herausragenden Orchestern in ganz Europa und Japan auf. Zahlreiche Rundfunk- und CD-Aufnahmen sowie Fernsehaufzeichnungen und DVD-Produktionen dokumentieren ihre Arbeit. Sie arbeitete mit Dirigenten wie Bernard Haitink, Nikolaus Harnoncourt, Franz Welser-Möst, Marcello Viotti, Christoph von Dohnányi, Nello Santi und William Christie.

Nach ihrem Debüt an der Semperoper Dresden 2003 war sie dort regelmäßig zu Gast. Bei der Ruhrtriennale 2006 und 2007 übernahm sie die Charlotte in Zimmermanns SOLDATEN und wurde zur Wiederaufnahme ans Lincoln Center Festival in New York eingeladen. Darüber hinaus gastierte sie in Mexico City, in Malmö, in Rom, bei den Bregenzer Festspielen, am Teatro Reggio di Parma, am Teatro delle Muse in Ancona, in Belgrad und Tokio.

Eine regelmäßige Zusammenarbeit verbindet sie mit dem Theater Dortmund, wo sie u. a. Adalgisa / NORMA, Lucrezia / BEATRICE CENCI, Ottavia / L' INCORONAZIONE DI POPPEA, Marzellina und Cherubino / DIE HOCHZEIT DES FIGARO, Eboli / DON CARLO, Carmen, Cenerentola, Venus / TANNHÄUSER und Goffredo / RINALDO interpretierte.

Katharina Peetz gibt am 12. März 2016 an der Deutschen Oper Berlin als Leda / DIE LIEBE DER DANAE ihr Hausdebüt.