Katrīna Gerstenbergera dzimusi Hallē. Bērnībā viņa aizrāvusies gan ar vieglatlētiku (800 m skriešanu un augstlēkšanu), gan ar mūziku. Jau piecu gadu vecumā viņa sāka apgūt klavierspēli, bet divpadsmit gadu vecumā tika uzņemta Halles kompozīcijas klasē bērniem. Vairākas viņas kompozīcijas atskaņotas jaunās mūzikas koncertu sērijā. Augstskolā Katrīna Gerstenbergera apguva krievu, angļu, franču un itāļu valodu, pēc augstskolas absolvēšanas 1984. gadā viņa uzsāka vokālās studijas Lista Mūzikas akadēmijā Veimārā, kur mācījās pie profesores Gudrunas Fišeres. Studiju laikā viņa ieguva 1. vietu VDR Nacionālajā operas konkursā.
Pēc studiju beigšanās Katrīna Gerstenbergera uzsāka darbu Geras pilsētas teātrī, kur debitēja ar Azučenas lomu Verdi operā „Trubadūrs”. Paralēli aktīvajai operdziedātājas karjerai, no 1990. līdz 1993. gadam viņa bija vokāla pasniedzēja Veimāras augstskolā.
1993. gadā Katrīna Gerstenbergera kā liriskais mecosoprāns sāka darbu Darmštates teātrī. Viņas repertuārā bija vairākas vadošās lomas – Sesto „Tita žēlsirdībā”, Idamants „Idomenejā”, Kerubīno „Figaro kāzās”, Dorabella „Cosi fan tutte”, donna Elvīra „Donā Žuanā”, Komponists „Ariadnē Naksā” un Oktaviāns „Rožu kavalierī”.
2002. gadā Katrīna Gerstenberga pārgāja uz dramatiskā soprāna lomām ar Santucu „Zemnieka godā”, Judīti „Zilbārža pilī” un savu pirmo lomu Vāgnera operās – Veneru „Tanheizerā”.
Kopš 2005. gada viņa dzied vadošās soprāna lomas, tostarp titullomu Karla Orfa ciklā „Antigone”, Zentu „Klīstošajā holandietī”, Kundri „Parsifālā”, Leonoru „Fidelio”, titullomu „Turandotā”, Abigailu „Nabuko”.
Katrīna Gerstenbergera 2011. gadā debitēja Brinhildes lomā Riharda Vāgnera „Valkīrā”, „Zīgfrīdā” un „Dievu mijkrēslī” Darmštates teātrī iestudētajā „Nībelunga gredzenā”. 2012./2013. gada sezonā viņa šo lomu dziedās arī Rīgā.