Катерина Шпица родилась 29 октября 1985 года в Перми. Ее отец был шахтером, а мать работала юристом. С тринадцати лет девочка посещала местный театр-студию «КОТ», а после школы поступила в Пермский институт культуры и искусств. Впрочем, на тот момент она не задумывалась всерьез об актерской карьере и «на всякий случай» заочно получала юридическое образование.
Судьба распорядилась таким образом, что уже в девятнадцать лет Катерину неожиданно утвердили на главную роль в фильме «Адам и превращение Евы». Произошло это случайно: студентка, возвращаясь с каникул, по дороге домой задержалась в столице, чтобы накопить денег на билет в Пермь. «Тогда я впервые и поработала в Москве. Друг моей семьи, фотограф Алексей Васильев, взял меня за компанию на кастинг моделей, где мне и предложили поработать танцовщицей. Там меня заметили, пригласили попробоваться на "Фабрику звезд". Я пролетела во втором туре, о чем не жалею, – вспоминает Катерина. – Одновременно с этим модельное агентство предложило мне контракт. Конечно, мне было удобнее жить в Перми. Я была под крылом у мамы с папой, всё рядом – библиотека, институт, театр – и всё свое, родное». Катерина стала сотрудничать с модельным агентством, а уже через полгода прошла прослушивание для фильма «Адам и превращение Евы». Режиссер Георгий Юнгвальд-Хилькевич взял юную актрису на главную роль. Так, в 2004 году Шпица дебютировала на экранах в образе неискушенной провинциалки Евы, которая приезжает покорять столицу, поступив в медицинский институт. Отчаявшись найти работу, она вступает в синдикат торговцев цветами. Для того чтобы ее яркая внешность не мешала торговле, девушка переодевается впаренька, но однажды встречает своего Адама. Следом Катерина Шпица появилась в телесериалах «Счастливы вместе», «Сваха», «След», «Путейцы», «Принцесса цирка», «Синие ночи», «Танки грязи не боятся». За пять лет работы она стала востребованной актрисой.
В 2009 году Шпица получила главную роль в сериале «Катя. Военная история», благодаря которому актриса достигла широкой узнаваемости. Она воплотила образ романтической девушки, в чью мирную жизнь врывается война. Героиня терпит потери, разлуку, лишения, но продолжает надеяться и любить. Проект имел заметный успех среди телеаудитории, что послужило причиной для создания продолжения «Катя 2» (2010). Позднее послужной список Шпицы пополнился целым рядом популярных сериалов: «Колдовская любовь 2», «Адвокатессы», «Застывшие депеши», «Реальные пацаны», «Голубка», «Москва. Центральный округ 3», «У каждого своя война», «"Кедр" пронзает небо», «Правила маскарада», «Опережая выстрел», «Чужое лицо» и других.
В полнометражных фильмах Шпица снималась редко. В 2011 году она появилась в образе проститутки Зинки-Гитлер в ленте Александра Гордона «Огни притона», а через год получила одну из ключевых ролей Алисы в фильме-катастрофе «Метро», принесшим ей массовую известность. Картина рассказывает о судьбах пассажиров метро, которые оказываются ловушке надвигающегося потопа: мощный поток воды из Москвы-реки грозит не только обрушить тоннели метрополитена, но и уничтожить весь город. «Надо признать, мне везет: чаще всего я работаю с людьми, которые умудряются за моей миловидной детской внешностью разглядеть женщину, – говорит актриса. – И мой диапазон меня радует. Я играла и девочек-припевочек и, как говорится, "оторви и выбрось", и серьезных, и романтичных, и стервозных».
Во время съемок «Метро» двадцатисемилетняя Катерина узнала, что ждет ребенка. К моменту премьеры фильма у Шпицы родился сын от супруга Константина Адаева, актера и каскадера.
