Als Tochter des Regisseurs Benno Besson und der Schauspielerin Sabine Thalbach, schnupperte Katharina Thalbach schon früh Theaterluft und stand bereits als Vierjährige erstmals auf der Bühne und vor der Kamera. Nach dem frühen Tod ihrer Mutter nahm sie Bertolt Brechts Witwe Helene Weigel unter ihre Fittiche und bat ihr Rollen beim Berliner Ensemble an.
In den 1970er-Jahren wurde sie dort und an der Volksbühne Berlin festes Ensemblemitglied. Einem größeren Publikum wurde sie durch ihre Filmrollen in „Engel aus Eisen“, „Domino“, „Paradies„ oder „Kaspar Hauser“, später auch in „Sonnenallee“, „Kokowääh“, „Die Vermessung der Welt“ und „Honig im Kopf“. Daneben ist Katharina Thalbach regelmäßig auf Klassikkonzerten als Sprecherin zu erleben.
