S. wuchs als älteste Tochter des Gymnasiallehrers Carl S. (1859-1932) und seiner Ehefrau Margarete, geb. Ismer (1871-1963), in Breslau auf. Mit ihrer jüngeren Schwester Charlotte S. (1909-1993) war sie lebenslang eng verbunden.
Nach dem am 20.3.1922 abgelegten Abitur an der Viktoriaschule in Breslau studierte S. auf Wunsch der Eltern zunächst die Fächer Deutsch, Geschichte und evangelische Religion (1922-26), um Gymnasiallehrerin zu werden. Nach sechs Semestern wechselte sie aber an die Theologische Fakultät und studierte in Breslau und in Marburg, wo sie 1928 mit Fakultätsexamen und Promotion zum Lic. theol. bei dem liberalen Kirchenhistoriker und Neutestamentler Hans Freiherr von Soden (1881-1945) abschloss. Eine Habilitation, die für die von ihr angestrebte akademische Lehrtätigkeit erforderlich war, blieb ihr verwehrt. So entschied S. sich für den kirchlichen Dienst und absolvierte ein Lehrvikariat in Breslau, Frankenstein und Schweidnitz. Daneben besuchte sie weiter Lehrveranstaltungen an der Breslauer Universität, wo sie in intensiven Austausch mit dem Neutestamentler Ernst Lohmeyer (1890-1946) trat. Seine kritische Haltung gegenüber dem Antisemitismus und seine Abkehr vom traditionellen theologischen Antijudaismus wurden für S. wegweisend.
Nach dem Zweiten Theologischen Examen (9.3.1932) nahm S. zunächst Sonderaufgaben in verschiedenen Breslauer Gemeinden wahr. Mit dem Erreichen des 35. Lebensjahrs konnte sie als Gemeindebeamtin auf Lebenszeit angestellt werden. Am 6.11.1938 wurde S. in der St. Maria-Magdalena-Kirche in Breslau „eingesegnet“. Die Einsegnung entsprach de facto einer Ordination, berechtigte aber nicht zu Predigt und Sakramentsverwaltung im Gemeindegottesdienst. Frauen durften trotz gleicher Ausbildung wie die ordinierten Pfarrer lediglich den Titel „Vikarin“ tragen; Pfarrstellen gab es nur für männliche Kollegen. S. erhielt daher eine Anstellung als Stadtvikarin. Zu ihren zahlreichen Aufgaben zählte der Unterricht für Katholiken, Juden und Konfessionslose, die in die evangelische Kirche aufgenommen werden wollten. Der Taufunterricht für sogenannte „Israeliten“ sollte S. besonders beanspruchen, da die Zahl derer, die sie um Hilfe baten, seit dem Erlass der Nürnberger Rassengesetze (1935) stark zunahm. 1934 hatte sich S. der Bekennenden Kirche angeschlossen. Den Kurs der „Deutschen Christen“, die das Christentum mit dem Nationalsozialismus zu vereinen suchten, lehnte sie entschieden ab. Sie hielt ihnen vor, das erste Gebot zu missachten, „da in ihrer Konzeption die Nation an die Stelle Gottes trete“ [zit. nach Gerhard Lindemann in: Gailus/Vollnhals (Hg.): Protestantische Frauen im Widerstand gegen die NS-Rassenpolitik 2013, S. 149].
Im November/Dezember 1938 übernahm S. im Auftrag der Bekennenden Kirche die Leitung der schlesischen Vertrauensstelle des „Büros Pfarrer Grüber“, wo Hilfesuchende aus ganz Schlesien sich an sie wandten. Etwa 100 Männern und Frauen verhalf sie zur Auswanderung. Erst im April 1940 wurde ihr Dienst von der obersten Kirchenbehörde in Berlin anerkannt; seitdem hieß das Büro „Kirchliche Hilfsstelle für evangelische Nichtarier“. In Breslau lebte die zweitgrößte jüdische Gemeinde des Deutschen Reiches; bis 1939 sank ihre Mitgliederzahl von einst (1925) ca. 23.000 auf ca. 10.000. Eine am 5.9.1941 veröffentlichte Polizeiverordnung, die 14 Tage später in Kraft trat, verpflichtete alle Jüdinnen und Juden ab dem sechsten Lebensjahr, den Davidstern zu tragen. In einem amtlichen Rundbrief des Stadtdekans vom 12.9.1941 erinnerte S. die Breslauer Pfarrer an ihre seelsorgliche Verantwortung für die getauften Jüdinnen und Juden. Sie sollten zu diesen Gemeindegliedern stehen und sie nicht vom Gottesdienst ausschließen. Der Brief wurde von der Gestapo als „judenfreundlich und unerwünscht“ [zit. nach Erhart/Meseberg-Haubold/Meyer: Katharina Staritz. Dokumentation 1 (1999), S. 395] beurteilt und beschlagnahmt, gelangte aber in Abschriften ohne amtlichen Briefkopf an mehrere Parteistellen. Nach einer Beschwerde von Gauleiter Karl Hanke (1903-1945) beim Reichskirchenministerium in Berlin distanzierte sich die vorgesetzte Kirchenbehörde mit einem Schreiben an sämtliche Geistlichen der Kirchenprovinz Schlesien vom Inhalt des von S. verfassten Rundschreibens. S. wurde vom Dienst suspendiert und gedrängt, Breslau zu verlassen.
S. ging nach Marburg, wo sie Bekannte hatte. Sie übernahm dort kirchliche Hilfsdienste, predigte im Elisabethenhof, einem Fürsorgeheim des Ffter Diakonissenhauses, und widmete sich theologischen und orientalistischen Studien. Unterdessen erschien ein Hetzartikel gegen sie und die Bekennende Kirche in der SS-Zeitung „Das schwarze Korps“ (18.12.1941). Er veranlasste den mehrheitlich mit deutsch-christlichen Ältesten besetzten Gemeindekirchenrat der Breslauer St. Maria-Magdalena-Gemeinde gegen den Willen der vier Pfarrer zu dem Beschluss, allen Judensternträgern das Betreten der Gotteshäuser und sämtlicher Gemeinderäume zu verbieten. Dieser Entscheid, der auch das Büro von S. betraf, wurde der Gestapo von der Kirchenbehörde mitgeteilt. Drei Tage später, am 4.3.1942, wurde S. im Christlichen Hospiz in Marburg verhaftet. Nach ihrer Verhaftung kam sie für einen Monat ins Polizeigefängnis in Kassel; danach brachte man sie für zwei Monate in das Arbeitserziehungslager Breitenau und anschließend als politische Gefangene in das Frauenkonzentrationslager Ravensbrück, in dem sie fast ein Jahr festgehalten wurde. Ihre Entlassung am 18.5.1943 verdankte sie dem Mut ihrer Schwester Charlotte, die sich bei kirchlichen und staatlichen Behörden beharrlich für sie eingesetzt hatte. S. wurde, wie sie selbst berichtete, „probeweise“ entlassen, durfte aber in Breslau nur im kirchlichen Innendienst arbeiten. Zweimal wöchentlich hatte sie sich bei der Staatspolizei zu melden.
Im Januar 1945 floh S. mit ihrer Familie vor der Roten Armee über Dresden nach Marburg. Da in der Evangelischen Kirche von Kurhessen-Waldeck (EKKW) kein Vikarinnengesetz existierte, wurde sie dort nur vorläufig in den kirchlichen Dienst übernommen. In verschiedenen Kirchengemeinden, zuletzt in Albertshausen, Bad Wildungen und Ziegenhain, arbeitete sie als Pfarramtsvertretung, im Schuldienst und in der Gefangenenseelsorge. Außerdem beauftragte Landesbischof Adolf Wüstemann (1901-1966) sie mit dem Entwurf einer Vikarinnen-Ordnung.
Nach schwierigen Verhandlungen mit den Landeskirchen von Kurhessen-Waldeck und von Hessen und Nassau zog S. im Dezember 1949 nach Ffm., wo sie als erste ordinierte Theologin in ein Beamtenverhältnis bei der Evangelischen Kirche in Hessen und Nassau (EKHN) übernommen wurde, freilich ohne den Titel „Pfarrerin“ und mit reduziertem Gehalt. Im Januar 1950 begann sie ihre Arbeit im Stadtverband der Evangelischen Frauenhilfe in Ffm., dem 48 Frauenhilfsgruppen in Ffter Gemeinden angehörten; daneben übernahm sie in der evangelisch-lutherischen St. Katharinengemeinde den Kindergottesdienst. S. hatte zur Bedingung gemacht, dass sie selbstständig in einer Gemeinde arbeiten konnte, die im „Dritten Reich“ der Bekennenden Kirche angehört hatte, und man ihr wie den Pfarrern das Predigtamt und die Sakramentsverwaltung übertrug. Dies schloss auch das Recht ein, bei Gottesdiensten und Amtshandlungen einen Talar zu tragen. In Ffm. war man vor allem daran interessiert, für die Frauenhilfe „eine hochqualifizierte, berufserfahrene Theologin als Mitarbeiterin zu gewinnen“ [Meseberg-Haubold/Meyer: Katharina Staritz. Dokumentation 2 (2023), S. 374]. Das gelang nicht zuletzt durch die energische Fürsprache von Oberkirchenrat Hans Erich Heß (1904-1982). Er schätzte S. als Person sehr hoch und wollte „die Öffnung des geistlichen Amtes für Theologinnen fördern“ (ebd., S. 375).
Am 10.9.1950 um 17 Uhr wurde S. in einem Frauengottesdienst in der Alten Nikolaikirche durch Propst Karl Goebels (1901-1991) in ihr Amt als Stadtvikarin eingeführt. Sie wurde mit der Frauenarbeit beauftragt und erhielt einen Predigt- und Seelsorgeauftrag in der St. Katharinengemeinde, im alten St. Markus-Krankenhaus in der Falkstraße, das unweit ihrer Wohnung in Bockenheim, Sophienstraße 32, lag, sowie im Frauengefängnis Preungesheim. Außerdem verfasste sie zwischen 1950 und 1952 Beiträge für drei Sendungen des Hessischen Rundfunks zum Reformationsfest und für mindestens eine weitere Sendung zur Passionszeit. Aus diesen Rundfunkbeiträgen geht hervor, dass S. daran lag, Frauen zu verantwortlichem Handeln in Kirche und Gesellschaft zu ermutigen. Am 4.1.1953 hielt sie in der St. Katharinengemeinde ihre letzte Predigt; sie wandte sich darin „Gegen das Fassadenchristentum“ (Schwöbel: „Ich aber vertraue“. Katharina Staritz 1990, 2. Aufl. 1992, S. 174f.). Geschwächt durch eine Krebserkrankung, schrieb und diktierte S. ihrer Schwester Erinnerungen an die Zeit ihrer KZ-Haft (vgl. „Des großen Lichtes Widerschein. Berichte und Verse aus der Gefangenschaft“, 1953). Sie starb am 3.4.1953 mit 49 Jahren und wurde auf dem Bockenheimer Friedhof in Ffm. beerdigt. Bei der Trauerfeier am 8.4.1953 predigte Pfarrer Lic. Wilhelm Fresenius (1886-1971), der sie in der St. Katharinengemeinde als Vikarin aufgenommen hatte.
Grabstätte auf dem Friedhof Bockenheim (Gewann 11, Nr. 727-729).
Während Gedenktafeln in Breslau und Albertshausen an S. erinnern, wurde ihr in Ffm. bisher keine Gedenktafel gewidmet.
Katharina-S.-Straße auf dem Riedberg.