La Ricciarelli nasce in una famiglia poco agiata. La madre, abbandonata dal marito arruolatosi come volontario nella campagna nazifascista di invasione della Russia, è costretta a crescere da sola le tre figlie. Katia, ultimogenita, avuta dalla relazione con un altro uomo conosciuto durante un soggiorno lavorativo in Germania, dimostra sin dall'adolescenza un forte interesse per il canto, svolgendo nel frattempo diversi lavori per sostenersi (tra cui l'operaia in una fabbrica di dischi). La madre, con grandi sacrifici economici, riesce a iscriverla al Conservatorio Benedetto Marcello di Venezia, dove Katia studia con il celebre soprano Iris Adami-Corradetti.[2].
Debutta a Mantova nel 1969 con La bohème e l'anno successivo al Regio di Parma col Trovatore, ma sale alla ribalta nel 1971 dopo aver vinto il Concorso Internazionale Voci Verdiane della RAI insieme al tenore Giuliano Bernardi, dove interpreta una selezione da Il corsaro.
Nel corso della sua carriera si è esibita nei migliori teatri del mondo spaziando tra le opere di Puccini, Verdi, Rossini, Donizetti ed altri ancora, raggiungendo livelli di particolare eccellenza nella seconda metà degli anni '70 (Anna Bolena, Parma, 1977; Tancredi, New York, 1978).
Negli anni ottanta, la Ricciarelli iniziò una collaborazione decennale col Rossini Opera Festival di Pesaro e fu in grado di cogliere ancora successi notevoli, talora anche clamorosi, nel repertorio belcantista: Rossini stesso principalmente (Semiramide, Elena ne La donna del lago, Bianca in Bianca e Falliero a fianco di Marilyn Horne, Ninetta ne La gazza ladra, Madama Cortese nella storica prima ripresa assoluta de Il viaggio a Reims sotto la direzione di Abbado), ma anche Donizetti (si ricorda soprattutto una smagliante Lucrezia Borgia a Bologna nel 1984[3]).
Intensa anche la sua attività discografica, divisa tra opere complete e recital. Tra le incisioni si segnalano il Tancredi live alla Carnegie Hall e la Tosca, più in generale le registrazioni datate anni '70, in cui l'assetto vocale era intatto.
Nella sua attività lirica e concertistica ha collaborato spesso con José Carreras, Ruggero Raimondi, Agnes Baltsa, Samuel Ramey, Lucia Valentini Terrani, Plácido Domingo, Renato Bruson, Leo Nucci, ed è stata diretta da molti grandi direttori quali Riccardo Muti, Zubin Mehta, Herbert Von Karajan, Sir Colin Davis, James Levine, Claudio Abbado, Lorin Maazel, Carlo Maria Giulini, Georges Prêtre e Gianandrea Gavazzeni.
Nel 1994, per i suoi venticinque anni di carriera, è insignita del titolo di Kammersängerin a Vienna e di Grande Ufficiale della Repubblica Italiana. Sempre dal 1994 collabora stabilmente col pianista Giovanni Velluti.
Nel 1999 ha festeggiato il 30º anniversario di carriera con nuovi debutti operistici (Fedora di Giordano), concerti, mostre, un volume con la storiografia completa della carriera, un CD della Deutsche Grammophon con le arie più famose, oltre a numerose apparizioni televisive.
Negli anni 2000 ha sfoltito la carriera operistica, limitando la sua attività al Teatro Politeama di Lecce, dove ha debuttato in nuove opere: Werther (2001), Le convenienze ed inconvenienze teatrali (2002), Rinaldo (2003).
Sempre nel 2002 ha tenuto dei concerti a Nuova Delhi, Cordoba, Buenos Aires, Cartagine e San José, cantando inoltre il ruolo principale nella première di una nuova opera, Il fantasma della cabina, andata in scena al Teatro Donizetti di Bergamo il 13 dicembre.
È in questo periodo che all'attività teatrale affianca la nuova carriera di attrice, inizialmente in film TV e fiction, successivamente in film d'autore, ricoprendo tuttavia ruoli secondari. Nel nuovo millennio volge inoltre la sua attenzione ai musical, interpretando in tournée le commedie Caruso (2002) e Gloriosa (2008).
Nel 2006 partecipa al reality show La fattoria, venendo eliminata alla semifinale e piazzandosi al quinto posto.
Nel 2007 si candida per la coalizione di centro-sinistra alle comunali di Rodi Garganico. La Ricciarelli, infatti, è solita passare le sue vacanze estive nella cittadina garganica. Dopo due mesi ritira la sua candidatura in quanto incompatibile con i suoi impegni di carriera, ma resta lo stesso legata alla cittadina marinara che più volte le ha dimostrato la sua grande ospitalità. Non di rado, infatti, offre ai rodiensi grande spettacolo della sua voce nel Santuario della Madonna della Libera.
Il 3 gennaio 2009 ha ricevuto la cittadinanza onoraria di Pellezzano, comune in provincia di Salerno.
Il 6 novembre 2009 festeggia i 40 anni di carriera con un concerto al Teatro La Fenice di Venezia duettando con le più grandi voci della musica classica e pop: da Mietta a Cecilia Gasdia, da Michael Bolton a Massimo Ranieri. Il concerto evento, condotto da Cristina Parodi, verrà trasmesso il 19 dicembre, in prima serata, da Canale 5.
Nel 2010 è ospite fissa in qualità di giudice nella trasmissione Io canto su Canale 5, durante il programma duetta in Nessun dorma con il giovane tenore Michele Ferrauto
Nel 2010 ha partecipato al film documentario Pupi Avati, ieri oggi domani di Claudio Costa, dedicato al regista Pupi Avati.
