Katharina Grosse wurde am 2. Oktober 1961 als Tochter der Künstlerin Barbara Grosse und des Leiters der Ruhr-Universität Bochum, Siegfried Grosse, in Freiburg im Breisgau geboren.
Grosse ging in Bochum zur Schule und ließ sich danach von 1982 bis 1990 von Johannes Brus, Norbert Tadeusz und Gotthard Graubner an den Kunstakademien in Münster und Düsseldorf zur Künstlerin ausbilden. Ihre figürliche Anfangsmalerei ist dem Neo-Expressionismus der so genannten Jungen Wilden zuzuordnen. Zeichnen sich ihre Bilder noch durch eine Pigmentflecken-Technik aus werden Anfang der 1990er Jahre daraus Farbkompositionen als Lasurauftrag mit breiten Pinselstrichen. Danach ist ihr künstlerisches Charakteristikum die Acrylfarbe, die sie mit einer Kompressorspritzpistole auf die Leinwand aufbringt. Mit dieser Technik debütierte sie international 1998 in Australien mit Wanddarstellungen zur 11. Biennale of Sidney oder in der Schweiz, dort in der Kunsthalle Bern. Danach entwickelte Katharina Grosse ihre Malereien nicht nur in der Größe weiter: Sie verlegte sich auf Flächen mit größeren Ausmaßen und installierte auch im Freien.
Darüber hinaus gestaltete sie ebenso die Anordnungen ihrer Arbeiten vielschichtiger. Nicht nur Wände werden ab dieser Zeit bemalt, sondern auch Boden und Decke - ihre Werke nehmen räumliche Dimensionen an. Sie setzt zusätzliche Materialien ein und verwendet Teile von Mobiliar, Schutt- und Steingut, Textilien und andere Gegenstände. Viele Kunstobjekte der Künstlerin binden sich an Architekturobjekte, verabschieden sich vom klassischen Malmedium und finden sich an unterschiedlichen Bauwerken, Gebäuden und Gebäudeteilen in urbaner Umgebung wieder – wie zum Beispiel Museen, Wohnhäuser, Trainingsstätten, Treppenhäuser oder Plakatflächen. Ab der Jahrtausenwende zeichnen sich ihre Darstellungen häufig durch knallige Farbtöne sowie durch Horizontal- und Vertikalstrukturen aus. Neben Gemälden und Installationen fertigt Grosse auch Arbeiten auf Papier an, die sich durch einen dynamischen und abstrakten Stil hervorheben, sowie Leinwandarbeiten mit erdigen Krusten, Skulpturen, Druckgrafiken und Editionen.
In den öffentlichen Räumen wirken Grosses architekturgebundene Spraywerke als Kontrast und Irritation zur gewohnheitsmäßigen Wahrnehmung der Umwelt. Sie vermitteln darüber hinaus Illusionen, die als verfälschte Erfahrung der wahrgenommenen Realität zu verstehen sind. Katharina Grosse ließ sich in Berlin nieder und erhielt und gewann zahlreiche internationale Preise, Ausschreibungen und Stipendien für ihr Schaffen und ihre Werke, so unter anderem 1992 den Villa-Romana-Preis, Florenz, Stiftung Kunstfonds Bonn, 2001 neuseeländische Residence am Elam School of Fine Art Programm (Auckland) und 2014 den Oskar-Schlemmer-Preis. Ihre Werke werden von international renommierten Museen ausgestellt, unter anderem vom Lenbachhaus in München, Museum of Modern Art in New York oder Musée National d''Art Moderne in Paris. 2016 widmete ihr das Museum Frieder Burda, Baden-Baden, eine große Einzelausstellung.