Johanna Katharina Koch wird als uneheliches Kind der Metzgerstochter Cordula Osterer in Ortenburg geboren. Der Vater stirbt während der Napoleonischen Kriege noch vor der Hochzeit, Katharina wird deshalb als Pflegekind in die Obhut einer gräflich ortenburgischen Kanzlistenwitwe gegeben. In der Schulzeit gehört sie zu den Besten der Klasse, noch vor der Konfirmation muss sie aber ihr Brot selbst verdienen: zuerst als Kindermädchen in einer Bäckerei, später als Bauernmagd. Obwohl sie schon früh damit anfängt, Gedichte zu schreiben und tagebuchartige Notizen anzufertigen, bleibt ihr bildungshungriger Geist infolge der harten Arbeit von allem abgeschnitten. Nachdem sich Heiratspläne mit einem jungen Mann wegen der Standesunterschiede zerschlagen, ergreift Katharina die Initiative und nimmt Kontakt zu einer entfernten Verwandten in Regensburg auf.

1830 zieht sie nach Regensburg: Katharina arbeitet im Haushalt der Verwandten; nebenbei wird sie in der lithografischen Anstalt des Hauses beschäftigt. In ihrer Freizeit kann sie Bücher und Zeitschriften lesen und sogar das Theater besuchen. Im Unterhaltungsblatt einer ortsansässigen Zeitung erscheinen anonym ihre ersten Gedichte.

Die Übersiedlung ihres Dienstherren nach Nürnberg 1838 bedeutet für Katharina ein jähes Ende. Da sie das Angebot ausschlägt mitzukommen, kehrt sie Ende des Jahres in ihr Heimatdorf Ortenburg zurück, wo sie eine Arbeitsschule eröffnet, in der sie jungen Mädchen Handarbeitsunterricht erteilt, und sich als Näherin sowie durch Schreibarbeiten etwas hinzuverdient. Ihre „Mitgaben ins Grab“ – Bibelsprüche und eigene Verse, die sie auf Bandschleifen schreibt – machen die junge Dichterin im Ort bekannt. Zu ihren Förderern und Gönnern zählen außer dem Dorfpfarrer die Gräfin von Tauffkirchen, zu deren goldener Hochzeit Katharina Koch ein Gratulationsgedicht verfasst.

Es folgen Gedichtveröffentlichungen in der Passauer Zeitung, ein von ihr verfasster Zeitungsartikel über Ortenburg sorgt allerdings auch für Unmut in der Heimatgemeinde. Eine Erweiterung ihres Artikels als Beitrag für die Stahlstich-Folge Das Königreich Bayern in seinen alterthümlichen, geschichtlichen, artistischen und malerischen Schönheiten der Buchhandlung Franz in München beeindruckt Katharina Kochs Kritiker so sehr, dass sie von 1850 an als angesehene Heimatdichterin gelten kann.

Ihr Selbstbewusstsein wächst mit wachsender Anerkennung: Über Bayern hinaus bekannt wird sie 1872, als das illustrierte Familienblatt Die Gartenlaube ihr Gedicht „Wer so viel ertragen und tragen kann“ veröffentlicht, wofür sie von der Schiller-Stiftung eine finanzielle Ehrengabe erhält. Eine spürbare Verbesserung ihrer Verhältnisse ergibt sich indessen erst, als der Siebenbürgener Literaturprofessor Karl Weiß-Schrattenthal ihre Lyrik als Buch herausgibt. Unter dem Titel Mein Leitstern erscheint es 1883 im Selbstverlag. König Ludwig II. von Bayern, dem ein Exemplar zugesandt wird, lässt der Dichterin eine Unterstützung von 100 Mark zukommen. Das Leserecho ist derart groß, dass drei Jahre später ein Stuttgarter Verlag eine zweite Auflage druckt.

Durch Vermittlung von Weiß-Schrattenthal erhält Katharina Koch weitere Beitragshilfen: 1888/89 eine Zuwendung der Schiller-Stiftung von 150 Mark, 1890/91 eine solche der Tiedge-Stiftung von 300 Mark. Im Jahre 1889 besucht sie ihr Herausgeber in Ortenburg und fordert sie auf, ihre Lebenserinnerungen aufzuschreiben. Unter dem Titel Katharina Koch, eine deutsche Naturdichterin erscheint nach ihrem Tod 1895 eine erweiterte Neuauflage ihres Gedichtbands, vermehrt um die im Nachlass gefundenen Gedichte, eine Erzählung Hold und Hort sowie die Lebenserinnerungen der Dichterin.