Katrin Müller-Hohenstein wurde am 2. August 1965 in Erlangen geboren und hat einen Bruder. Den Doppelnamen trugen bereits ihre Eltern. Nach dem Abitur 1984 studierte Katrin Müller-Hohenstein 1987 zwei Semester Theaterwissenschaften in Erlangen. 1988 begann sie ein Volontariat beim Lokalradiosender Radio Gong in Nürnberg und blieb dort. Von 1992 bis 2008 arbeitete sie für verschiedene Radiosender und spezialisierte sich auf Live-Berichte und Sondertalks zum Thema Sport.

Der schleichende Wechsel zum Fernsehen begann 2006 mit der Arbeit für das ZDF. Dort moderiert sie als Nachfolgerin von Rudi Cerne im wöchentlichen Wechsel mit Sven Voss und Jochen Breyer "das aktuelle sportstudio". Als erste Frau nach zehn Jahren beeindruckte sie mit ihrem Fachwissen.

Katrin Müller-Hohenstein war 2010 Studio-Moderatorin des ZDF bei der Fußball-Weltmeisterschaft und bei der Fußball-Europameisterschaft 2012.

Bei den Olympischen Sommerspielen 2012 in London moderierte sie die Schwimmwettbewerbe. Während der Fußball-Weltmeisterschaft 2014 berichtete sie aus dem Lager der deutschen Nationalmannschaft, dem Campo Bahia.

Privat war sie von 1996 bis 2007 mit dem Antenne-Bayern-Moderator Stefan Parrisius verheiratet. Der gemeinsame Sohn (* 1995) lebt seit der Scheidung abwechselnd bei einem Elternteil. Katrin Müller-Hohenstein ist Anhängerin des 1. FC Nürnberg und Trägerin des braunen Judo-Gürtels. In ihrer Freizeit spielt sie Tennis und klassische Gitarre.

Katrin Müller-Hohenstein kocht sehr gerne und gut. Sie hat ihrer Mutter immer gerne beim Kochen zugeschaut und sich einiges abgeguckt. Katrin Müller-Hohenstein kocht gerne frei und ohne Rezept. Besonders gut bereitet sie Rinderbraten mit Gemüsesauce und Kartoffelpüree zu und auch ihre Bolognese ist laut Familie und Freunden sensationell.

Die 49-Jährige ist Schirmherrin der Stiftung KinderHerz. Im Januar 2014 ist sie Botschafterin der Kampagne "Respekt! Kein Platz für Rassismus".