Katrin Rothe wurde 1970 in Gera geboren. Von 1992 bis 1998 studierte sie Experimentelle Filmgestaltung an der Hochschule der Künste Berlin (heute: Universität der Künste) und am CSM London. Während dieser Zeit drehte sie ihren ersten Kurz-Experimentalfilm "Bis Gras wächst" (1996). Von 1999 bis 2001 folgte an der UdK ein Abschluss als Meisterschülerin bei Professor Heinz Emigholz. Anschließend gründete sie die Firma Karotoons, mit der sie seither eigene Filme und Internetanimationen realisiert und Workshops gibt.

Ihr erster Langfilm "Dunkler Lippenstift macht seriöser“ (2003), eine Kombination aus Dokumentar- und Animationsfilm, widmete sich dem Phänomen des Bewerbungsmarathons in Zeiten der Post-"New Economy". Der Film wurde für den Deutschen Fernsehpreis und für den Prix Europa nominiert. Für ihre vierteilige Doku-Reihe "Stellmichein" (2006, TV), die ebenfalls Dokumentarisches mit Trickfilmsequenzen verband, erhielt Rothe 2007 einen Grimme-Preis.

Ihr Spielfilmdebüt gab Rothe mit "Die Ex bin ich" (2009, TV), eine Milieustudie über die Berliner Hausbesetzerszene Anfang der 1990er Jahre. Auch bei diesem Film band sie in die Realfilmhandlung Trickfilmszenen ein. Zu Rothes weiteren Arbeiten gehört "Polen für Anfänger" (2010, TV), ein dokumentarisches Roadmovie mit Kurt Krömer und Steffen Möller, das 2011 für den Deutsch-Polnischen Journalistenpreis nominiert war. Für ihr Dokumentation "Betongold - wie die Finanzkrise in mein Wohnzimmer kam" (2013, TV) erhielt Rothe 2014 ihren zweiten Grimme-Preis.

Bei den Solothurner Filmtagen feierte im Januar 2017 "1917 - Der wahre Oktober" Premiere. In Form eines dokumentarischen Animationsfilms schildert Katrin Rothe darin die Geschehnisse und Nachwirkungen der russischen Oktoberrevolution im Jahr 1917 aus der Perspektive russischer Künstler, Dichter und Intellektueller jener Zeit. Der Film wurde auf zahlreichen internationalen Festivals gezeigt, darunter das renommierte Animationsfilm Festival Annecy (Frankreich) sowie die Filmfestivals in Moskau und Gijon. Ein Making-of des formal außergewöhnlichen Films wurde 2018 im Ilmin Museum of Art in Seoul (Korea), im Animatorium Zürich und bei Tricky Woman Wien gezeigt. 2019 widmete das Deutsche Institut für Animationsfilm (DIAF) Rothe eine Ausstellung in den Technischen Sammlungen Dresden.

Im November 2021 begann Rothe mit den Dreharbeiten zu ihrem nächsten Kinofilm: "Johnny & Me - Eine Zeitreise mit John Heartfield" (DE/AT/CH 2023) war erneut ein Dokumentarfilm mit Animations- und Spielszenen, in dem sich eine junge Grafikerin auf eine magische Zeitreise durch das Leben des stilbildenden Grafikers und Künstlers John Heartfield (1891-1968) begibt. Der Film wurde im Juni 2023 auf dem Animationsfilmfestival in Annecy (Frankreich) uraufgeführt und startete im Januar 2024 in den deutschen Kinos.