Народилася 12 вересня 1983 року в Києві[1]. Батько — Осадчий Олександр Володимирович, генеральний директор ВО «Київприлад»[2]. Мати — домогосподарка, за професією бібліотекарка. Має молодшого на кілька років брата.
Окрім занять у школі, займалася музикою і танцями (в хореографічному ансамблі «Соколята»). У 13 років почала професійну модельну кар'єру, закінчила школу моделей агентства «Багіра». У 14 років, після дев'ятого класу, на три місяці вирушила на зйомки в Токіо[3]. Пізніше знімалась в Німеччині, Англії, Франції. Шкільні випускні іспити здала екстерном через напружений знімальний графік в Парижі[3].
У 2001 одружилася з депутатом Олегом Поліщуком. В 2002 році народила сина Іллю. У 2004 році розлучилася з чоловіком[4].
У лютому 2017 року оголосила про офіційний шлюб з Юрієм Горбуновим. 18 лютого 2017 року народила сина Івана.[5].
Після початку російської військової агресії 24 лютого 2022 року, разом з командою волонтерів створила телеграм-канал «Пошук зниклих», який тільки за квітень 2022 року допоміг знайти понад 1500 людей.[6]
У 2009 році брала участь у другому сезоні програми «Танцюю для тебе» на телеканалі «1+1» з партнером Андрієм Крисем[12]. У 2011 році стала ведучою шоу «Голос країни» на «1+1»[13]. У 2012 році на каналі стартувало талант-шоу «Голос. Діти», у якому роль Осадчої як ведучої змінилася — вона допомагала дітям впоратися з хвилюванням перед виходом на сцену.
У 2007 році зайняла 96 місце в рейтингу «100 найвпливовіших жінок України» за версією журналу «Фокус»[15], в 2013 році — 64-те[16].
У 2009 році зайняла 6 місце у рейтингу «Обличчя Києва» за версією газети «Афіша». Того ж самого року капелюшок Катерини Осадчої у вигляді гави, що сидить на гілці, був відзначений британською газетою «The Daily Telegraph» як один з найбільш екстравагантних на королівських кінних перегонах «Royal Ascot»[17].
У лютому 2018 року Осадча отримала титул «Мами року» за версією «Viva! Найкрасивіші».[18]
Частиною образу Каті Осадчої є екстравагантні капелюшки[2][9][7], на чому було загострено увагу в сатиричному мультсеріалі «Казкова Русь», де вона стала прототипом «Каті Острячої»[20]. Зміна капелюшків Каті Осадчої також стала об'єктом пародії у передачі «Велика різниця по-українськи».[21]