Nacida en Estocolmo, Katarina Karnéus estudió en el Trinity College of Music de Londres y en el National Opera Studio. Ha trabajado con Sir Simon Rattle, Antonio Pappano, Michael Tilson-Thomas o Franz Welser-Möst.
Sus actuaciones en ópera incluyen el Metropolitan, Covent Garden y Festival de Glyndebourne. Su repertorio abarca los grandes papeles mezzo de Händel, Mozart, Rossini, Bizet, Wagner y Strauss. Ha trabajado con la Filarmónica de Berlín, la Sinfónica NDR o la Sinfónica de San Francisco, y en el Festival de Salzburgo.
Los conciertos recientes y futuros incluyen actuaciones con Filarmónica de Nueva York, Filarmónica de Radio Francia, Filarmónica de Viena, Filarmónica Checa, Orquesta Sinfónica de Castilla y León, Filarmónica de Dresde, giras con la Sinfónica de San Francisco, Konzerthaus de Viena, Festival del Mar Báltico, Festival Internacional de Edimburgo y los Proms de la BBC, así como recitales en el Concertgebouw, Sala de Conciertos de Estocolmo y Wigmore Hall.
Entre sus compromisos operísticos destacan Alcina, Orfeo y Eurídice, Erwartung, Hamlet, Elektra, Cavalleria Rusticana, El oro del Rin, La Valquiria, Norma, Don Giovanni, Salomé y Parsifal, entre otros.
Katarina Karnéus es miembro de la Ópera de Gotemburgo. Ha recibido la medalla Litteris et Artibus del rey de Suecia.