Кэтрин Азаро родилась в Окленде, в Калифорнии и выросла в Эль Черрито, расположенном чуть севернее Беркли.
В Гарвардском университете она получила докторскую степень по химической физике и степень магистра физики, а в Калифорнийском Университете в Лос-Анджелесе с высшим отличием стала бакалавром химии. Кэтрин занималась исследованиями в Торонтском университете в Канаде, в Институте Макса Планка по астрофизике в Германии и в Гарвард-Смитсоновском астрофизическом центре.
В своих исследованиях она использовала квантовую теорию для описания поведения атомов и молекул.
До 1990 года Кэтрин преподавала физику, позднее основала собственную компанию «Molecudyne Research» , которой в настоящее время и управляет. А кроме того, Кэтрин — бывшая балерина, выступала в балете и мюзиклах, выступала с гастролями на обоих побережья США и в Огайо.
В 1980-х годах она была одновременно солисткой балета и художественным руководителем «Mainly Jazz Dancers» и «Harvard University Ballet» . После того, как она окончила учёбу, студенты продолжили заниматься в «Mainly Jazz» и даже сделали его официальным клубом колледжа. Кэтрин до сих пор преподает балетное искусство в «Caryl Maxwell Classical Ballet» .