Katharina Schmitt promovierte nach ihrem Studium der Humanmedizin an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena und an der Humboldt Universität Berlin unter der Betreuung von Prof. Dr. med. Werner A. Kaiser zum Thema „Retrospektive Analyse der diagnostischen Qualität der Magnetresonanz Mammographie unter besonderer Berücksichtigung wirtschaftlicher Aspekte“ an der Friedrich-Schiller-Universität in Jena. Die Fachärztin für Kinder- und Jugendmedizin und Kinderkardiologie habilitierte sich 2011 mit der Forschungsarbeit „Hypothermie zur Organprotektion“. Seit 2012 ist sie Forschungs- und Lehrbeauftragte der Klinik für Angeborene Herzfehler – Kinderkardiologie des Deutschen Herzzentrums Berlin. Seit 2005 leitet sie hier die Arbeitsgruppe Experimentelle Kinderkardiologie. Zu ihren Forschungsschwerpunkten zählen u. a. die Neuroprotektion in der Kinderkardiologie, die Grundlagenforschung zur Neuroprotektion sowie psychomotorische Untersuchungen bei Kindern mit einem angeborenen Herzfehler. 2023 wurde sie durch das Deutsche Herzzentrum der Charité (DHZC) zur bundesweit ersten W3-Professorin für Entwicklungspädiatrie in der Herzmedizin berufen. Parallel dazu übernahm Katharina Schmitt auch die Leitung der Psychokardiologie am DHZC. Sie ist Mitglied des Kompetenznetz Angeborene Herzfehler und des Lenkungsausschuss.