Reżyserka i scenarzystka. Filmy zaczęła kręcić w wieku 16 lat, gdy rodzice w ramach akcji wyciągania jej ze „złego towarzystwa” zapisywali ją na wszystkie możliwe zajęcia pozalekcyjne. Trafiła wtedy do amatorskiego klubu filmowego SAWA i odkryła, co chce robić w życiu. Ukończyła reżyserię w Szkole Filmowej w Łodzi. Była stypendystką Binger Film Institute w Amsterdamie, robiła filmy w Berlinie, Izraelu, Wielkiej Brytanii, Chile.
Jej film Wasserschlacht – Wielka Wojna Graniczna, który zrealizowała wspólnie z Andrew Friedmanem, otrzymał podczas Berlinale 2007 nagrodę Berlin Today Award. Przełomem w jej karierze był film Hanoi – Warszawa, który zdobył wiele nagród w Polsce i na świecie, a Europejska Akademia Filmowa uznała go za Najlepszy Film Krótkometrażowy 2010 roku. Jej pełnometrażowy debiut fabularny Zaślepiona powstał w Wielkiej Brytanii. Film miał premierę podczas Międzynarodowego Festiwalu Filmowego w Edynburgu 2012, gdzie otrzymał nominację do Narody Michaela Powella w kategorii Najlepszy Nowy Film Brytyjski, a na Koszalińskim Festiwalu Debiutów Filmowych otrzymał Grand Prix Wielkiego Jantara, Nagrodę za Reżyserię oraz Nagrodę Dziennikarzy. Film ten wszedł do kin w Wielkiej Brytanii i w Polsce wiosną 2013.
Jej ostatni film Wyspa otrzymał Główną nagrodę w Konkursie Krótkometrażowym podczas Międzynarodowego Festiwalu Filmowego w Rotterdamie w lutym 2014 roku oraz Grand Prix na festiwalu w Huesca w czerwcu 2014.
Katarzyna Klimkiewicz jest członkinią Europejskiej Akademii Filmowej, przez wiele lat była członkinią zarządu i prezeską Stowarzyszenia Film 1,2. Jest także wiodącą reżyserką popularnego polskiego serialu Pierwsza Miłość.
W 2021 roku zapowiadana jest premiera jej najnowszego filmu Bo we mnie jest seks o Kalinie Jędrusik.