Katharina Matz wurde 1930 in Böhmen geboren. Ihre Ausbildung zur Schauspielerin erhielt sie in Magdeburg, ihr erstes Engagement in Greifswald. 1954 holte sie Wolfgang Langhoff an das Deutsche Theater in Ost-Berlin, wo sie vier Jahre zum Ensemble gehörte.
In diese Zeit fiel ihr Filmdebüt für die DEFA, seitdem war sie regelmäßig in Film- und Fernsehrollen zu sehen. Ende der 1950er Jahre dann holte sie Ida Ehre, die nach dem Krieg die Hamburger Kammerspiele wiedereröffnet hat, nach Hamburg. Katharina Matz spielte dort einige Zeit, bevor sie Willy Maertens schließlich ans Thalia Theater rief. Hier begegnete sie den Regisseuren Jürgen Flimm, Leander Haußmann und immer wieder Stephan Kimmig.
Sie spielte die Maria Josefa in Lorcas Bernarda Albas Haus und den Faust in Goethes Urfaust, beide in der Regie von Andreas Kriegenburg. Für ihre Rolle in Dea Lohers Das letzte Feuer (Uraufführung, Regie: Andreas Kriegenburg) erhielt sie 2008 den Rolf-Mares-Preis der Hamburger Theater.
Sie war außerdem zu sehen in Jelineks Ulrike Maria Stuart und in Die Räuber nach Friedrich Schiller in der Regie von Nicolas Stemann. 2009 wurde Katharina Matz zum Ehrenmitglied des Thalia Theaters Hamburg ernannt. Am Deutschen Theater Berlin war sie seit 2012 regelmäßig als Gast tätig und spielte u. a. in Das Fest, 100 Sekunden (wofür leben), Der Besuch der alten Dame, Antwort aus der Stille, Alte Meister und In der Sache J. Robert Oppenheimer. Zuletzt war sie in Hekabe – Im Herzen der Finsternis in der Regie von Stephan Kimmig auf der Bühne des Deutschen Theaters zu sehen. Kurz vor Ausbruch der Pandemie im Frühjahr 2020 probte sie noch für die Uraufführung von Das Herz der Krake von Nis-Momme Stockmann.
Katharina Matz und ihre Arbeit werden viele in dankbarer Erinnerung behalten.