Катерина Грэхэм из смешанной семьи. Ее мать русская еврейка по имени Наталья, которая и дала девочки русское имя, а отец либериец. А Катерина родилась в Женеве. Ее отец Джозеф был довольно успешным журналистом и писал на темы искусства, потому и круг его общения был соответствующим. Именно это обстоятельство повлияло на то, то девочка выбрала актерскую карьеру. Тем более, что вскоре после ее рождения семья перебралась в Лос-Анджелес, где и прошли детские годы Катерины Грэхэм. Ее мечта стать актрисой начала осуществляться с шестилетнего возраста, когда она снялась в рекламном ролике, а в девять лет состоялась ее первая настоящая роль в детской ленте под названием «Ловушка для родителей». Поскольку роль была не главной и ее не слишком заметили, Катерина сосредоточила свои усилия на музыке. И там карьера начала складываться, она много пела в разных коллективах, работала на подтанцовках у звезд и снималась в их клипах. И все же мечта об актерстве не отпускала ее. Сначала случился фильм «Lizi McGuire», что дало толек появлению нескольких сериалов с Катериной Грэхээм – «The O.C.», «CSI: Crime Scene Investigation», «Strong Medicine».
Вскоре появились и фильмы с Катериной Грэхэм, и роль Джейми в одном из них под названием «17 Again» сделала ее узнаваемой. Далее была звездная роль Бонни Бэннет в «Дневниках вампира», принесшая настоящую и сокрушительную славу.
В текущий момент Катерина достигла определенных успехов н всех направлениях своей творческой карьеры, и известна и как актриса, и как певица, и как танцовщица, а в последнее время она занялась еще и музыкальным продюсированием. Отец подарил ей звукозаписывающую студию, где она и записывает свои композиции. Фильмография актрисы насчитывает более тридцати пяти проектов.
Личная жизнь актрисы не отличается большой бурностью. Она помолвлена с актером Коттреллом Гидри, с которым до этого провстречалась около двух лет.