Katharina Hottmann wurde 1971 in Berlin geboren, studierte Schulmusik mit den Fächern Musik und Deutsch an der Hochschule für Musik und Theater (HfMT) Hannover und der Universität Hannover. 2005 promovierte sie an der HfMT Hannover mit einer Studie über die Opernästhetik von Richard Strauss; für ihre Arbeit wurde sie 2007 mit dem Hermann-Abert-Preis der Gesellschaft für Musikforschung ausgezeichnet.
Nach Stationen als Wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Hochschule für Musik und Theater Hamburg und der Universität Hamburg habilitierte sie 2015 über die Kulturgeschichte des Liedes im Hamburg der Aufklärung. Im März 2020 folgte die Ernennung zur Professorin der Historischen Musikwissenschaft an der Universität Siegen. Von 2013 bis 2019 war sie Mitherausgeberin des Jahrbuchs Musik und Gender und hat regelmäßig an der Veranstaltung von Tagungen und Konferenzen zu diesen Themen mitgewirkt. Von 1919 bis 2023 war sie stellvertretende Sprecherin (zuvor: Sprecherin) der Fachgruppe Frauen- und Genderstudien der Gesellschaft für Musikforschung (GfM).
Mit Wirkung zum 01. Dezember 2023 wurde sie als Professorin für Historische Musikwissenschaft an die Folkwang Universität der Künste berufen.