Révélée grâce à la série 13 Reasons Why, Katherine Langford voit le jour le 29 avril 1996 en Australie, où elle s’adonne à sa passion pour le sport. Cette nageuse hors pair décide d’abandonner la natation pour se lancer dans le piano, se sentant naître une vocation d’artiste.
Alors qu’elle est étudiante à l’université, elle sèche les cours pour travailler et se trouver un agent lui permettant de multiplier les auditions. Ses parents ignorent pendant un long moment cette double vie. À tout juste 20 ans, elle décroche ses premiers rôles dans deux courts-métrages australiens : Daughter et Imperfect, lui permettant de se faire remarquer. Elle enchaîne par la suite avec le film The Misguided, où elle décroche un petit rôle.
C’est grâce à la série 13 Reasons Why que la jeune femme voit sa carrière exploser. Adaptée d’un best-seller pour adolescents, la série raconte les 13 raisons qui ont poussé une jeune adolescente, Hannah Baker (jouée par Katherine), à se suicider. En peu de temps, cette nouvelle production de Netflix devient un vrai phénomène sur internet et l’une des séries les plus populaires de la plateforme. Face à ce succès, la série est renouvelée pour une seconde saison. Par la suite, elle décroche un nouveau rôle au cinéma avec le film Simon vs. The Homo Sapiens Agenda, où elle donne la réplique à Jennifer Garner.
En mai 2022, elle participe au festival de Cannes en tant qu'égérie L'Oréal Paris.