Londra'da dünyaya gelen ve sanatla iç içe bir ailede yetişen Katherine Waterston, efsanevi Amerikalı aktör Sam Waterston'ın kızıdır. New York Üniversitesi'nin prestijli Tisch Sanat Okulu'ndan mezun olan Waterston, kariyerine 2000'li yılların ortasında tiyatro sahnelerinde ve bağımsız yapımlarda aldığı küçük rollerle adım attı. Robot & Frank ve Being Flynn gibi filmlerde destekleyici roller üstlenirken zanaatını sabırla geliştirdi. Asıl kırılma noktası, Paul Thomas Anderson'ın 2014 tarihli Gizli Kusur filminde oynadığı gizemli Shasta Fay Hepworth karakteriyle geldi. Eleştirmenlerden büyük övgü toplayan bu performans, onu sektörde ciddi biçimde konuşulan bir isim hâline getirdi. Ardından Danny Boyle'un yönettiği Steve Jobs filminde de dikkat çekici bir rol üstlendi. Ancak onu küresel çapta tanınan bir yıldıza dönüştüren, J.K. Rowling'in Sihir Dünyası evreninde geçen Fantastik Canavarlar serisi oldu. 2016'da vizyona giren ilk filmden itibaren zeki ve kararlı büyücü Porpentina "Tina" Goldstein'ı hayata geçirerek milyonlarca izleyiciyle buluştu; serinin devamı Dumbledore'un Sırları filminde de bu rolü sürdürdü. Aynı dönemde Ridley Scott'ın yönettiği Yaratık: Covenant filminde başrolü omuzlayarak bilim kurgu türündeki yeteneğini de gözler önüne serdi. Büyük stüdyo yapımlarıyla kazandığı ünü bağımsız sinemadaki hassasiyetiyle harmanlayan Waterston, Damien Chazelle'in geniş tablolu Hollywood destanı Babil'de de yerini aldı. Televizyon dünyasına da başarıyla adım atan oyuncu, gerilim dolu İngiliz dizisi Slow Horses'ta Alison Dunn'ı canlandırdı; 2024'te ise The Agency'de Naomi Ford rolüyle izleyici karşısına çıktı. Onlarca yıla yayılan kariyeriyle Waterston, hem ticari hem de sanatsal açıdan çok yönlülüğünü kanıtlamış, sektörde kendine sağlam ve özgün bir yer edinmiş bir oyuncu olarak öne çıkmaktadır.