Katrin Gerstenberger, aus Halle an der Saale stammend, erhielt früh Klavier- und Gesangsunterricht. Nach dem Abitur studierte sie Gesang in Weimar und erhielt 1990 den Ersten Preis beim Nationalen Operngesangswettbewerb der DDR. 1990 bis 1993 war sie am Theater Gera engagiert und hatte einen Lehrauftrag für Gesang an der Hochschule in Weimar. Gastspiele führten sie nach Meiningen, Kaiserslautern, Erfurt, Mannheim und Rostock.
Seit ihrem 1993 erfolgten Festengagement am Staatstheater Darmstadt hat sie hier u.a. die Partien der Alcina, Donna Elvira, Sesto, Dorabella, Nicklausse, Olga (Eugen Onegin), des Hänsel, des Komponisten (Ariadne auf Naxos), Octavian, der Judith (Herzog Blaubarts Burg) sowie nach ihrem Wechsel ins Sopranfach die Partien des Nerone (L'incoronazione di Poppea), der Antigonae, Senta, Margarita Xirgu (Ainadamar), Mutter und Knusperhexe (Hänsel und Gretel), Eboli, Kundry (Parsifal), Turandot, Golde (Anatevka), Elisabetta (Maria Stuarda), Leonore, Abigaille und Brünnhilde (Der Ring des Nibelungen) übernommen.
In der laufenden Spielzeit 2011 | 2012 wird sie weiterhin als Brünnhilde sowie als Abigaille zu erleben sein.