Katharina Brenner wurde als Kind von Schauspieler*innen in Heidelberg geboren und ist in München aufgewachsen. Nach ihrer Ausbildung am Wiener Max Reinhardt Seminar folgten erste Produktionen am Burgtheater, u.a. die Zusammenarbeit mit Peter Zadek bei Ivanov und mit Heiner Müller bei Mauser/Quartett. Danach führte es sie an Theater in NRW, wo sie an den Wuppertaler Bühnen, in Krefeld/Mönchengladbach und am Theater Oberhausen im Ensemble spielte und dort ihre wichtigsten Regisseur*innen traf. Sie arbeitete u.a. mit Paolo Magelli, Friderike Vielstich, Ulrich Greb, Sewan Latchinian, Cilli Drexel, Susi Weber, Nora Schlocker und Thomas Krupa. Nach der Geburt ihrer Tochter trat sie als Gast in Essen und am prinz regent theater in Bochum auf, wo sie mit Sibylle Broll-Pape u.a. die Toinette in Molières Der eingebildete Kranke und die Lady Macbeth in Shakespeares Macbeth erarbeitete. Mit Franz X. Bogners München 7 drehte sie ihre erste Kult-Serie; sie arbeitet regelmäßig für den ORF in Hörspielen und Lesungen. Von 2015 bis 2022 war Katharina Brenner festes Ensemblemitglied am ETA Hoffmann Theater in Bamberg und arbeitete dort mit den Regisseur*innen Sebastian Schug, Stefan Otteni, Isabel Osthues, Matthias Köhler, Jakob Weiss und Brit Bartkowiak. Zu den wichtigsten Rollen-Erfahrungen in dieser Zeit gehören die Medea in Das Goldene Vließ von Grillparzer, die Mutter Courage in Brechts gleichnamigen Stück sowie der Boandlkramer aus dem Volksstück Der Brandner Kaspar. Ab der Spielzeit 2022/23 ist Katharina Brenner festes Ensemblemitglied am Theater Münster.