Geboren in Berlin. Sie erhielt ihre Ausbildung an der Hochschule für Schauspielkunst ‚Ernst Busch’ Berlin. Seit 1979 ist sie Ensemblemitglied am Deutschen Theater. Sie spielte u.a. in Friedo Solters Wallenstein-Inszenierung die Thekla und bei Frank Castorf die Fanny Wilton in ‚John Gabriel Borkmann’. In Alexander Langs Inszenierung von Heinrich Manns ‚Die traurige Geschichte von Friedrich dem Großen’ war sie als Kronprinz Friedrich zu sehen. Außerdem spielte sie die Sittah in Lessings ‚Nathan der Weise’ in der Regie von Friedo Solter. Seit 2001/02 arbeitete sie mit Regisseuren wie Lars Norén, Michael Thalheimer, Armin Petras und Barbara Frey. So spielte sie die Claudia Galotti in ‚Emilia Galotti’ (Regie Michael Thalheimer), die Sophie Guilbert in Goethes ‚Clavigo’ (Regie Martin Pfaff) und in ‚Minna von Barnhelm’ (Regie Barbara Frey) die Dame in Trauer. Für Gerhart Hauptmanns ‚Die Ratten’ arbeitete sie mit Michael Thalheimer. Auch in Film und Fernsehen ist Katrin Klein regelmäßig zu sehen, zuletzt u.a. in ‚Liberated Zone’ und ‚23’.