Karin Ilse Witkiewicz nació el 9 de marzo de 1945 en la ciudad polaca de Gniewków (aunque en 1945 formaba parte de Alemania), debido a que su familia estaba huyendo del avance del Ejército Rojo. Pasó gran parte de su infancia en Berlín Occidental. Tras acabar la secundaria, estudió Arqueología y Filología, tomó clases de canto y danza y realizó diversas actuaciones en bares y clubs juveniles.

En 1964 participa junto a otros artistas, como Bodo von Greiff, en el programa de la televisión Marmeladentopf. Tras esta experiencia se une al grupo Die Kreuzberg donde llama la atención del productor Heino Gaze que le produce sus primeros singles: Irgendwo, Irgendwie (1965) y Wo ist das Schiff (1966) que no obtienen el éxito esperado. En 1966 participa en el Schlagherfestival de la ciudad belga de Knokke, tanto en solitario como corista. En 1967, conoce al compositor y productor Christian Bruhn que la acompañará en prácticamente en toda su carrera. Durante el Burg-Waldeck-Festival de Hünsrück (Alemania), conoce al entonces jefe de la sucursal alemana de Liberty/United Artists Records, Siegfried Loch, que la anima a firmar un contrato con ellos. De este acuerdo salen los singles Der Draht in der Sonne y …und wenn der Regen fällt.

En abril de 1969, ya con el nombre de Katja Ebstein, participa en el espectáculo para televisión Sing and swing-Ein Abend mit internationalen Gaststars. Además, publica su primer LP titulado Katja. En otoño de ese año realiza la versión alemana de Do you know how Christmas trees are grown?, que formaba parte de la banda sonora de la película 007 al servicio de su Majestad.

El 16 de febrero de 1970 participa en la preselección alemana para el Festival de Eurovisión (Ein Lied für Amsterdam) con Wunder gibt es immer wieder, donde coincide con las eurovisivas Kristi Sparboe y Mary Roos. Gana la final nacional y en Amsterdam consigue la tercera posición con 12 puntos, siendo la mejor clasificación de Alemania desde 1960. Fue todo un éxito europeo y Katja grabó versiones en español, francés, inglés, italiano y japonés.

Tras su paso por el festival europeo, participa en el Festival Internacional de Rio de Janeiro donde recibe el premio a Mejor cantante. Entre septiembre y noviembre de 1970 realiza una gira por Alemania junto a la Orchester James Last, y a finales de año acompaña a la Orchester Paul Kuhn en su gira por la Unión Soviética. Paralelamente a estas giras publica los singles: Und wenn ein neuer Tag erwacht, Ein kleines Lied vom Frieden, Der Stern von Mykonos y Ein Indiojunge aus Peru.

El 27 de febrero de 1971, se presenta otra vez y vuelve a ganar la preselección alemana para Eurovisión (Ein Lied für Dublin) con la canción de corte ecologista Diese Welt. En Eurovisión vuelve a obtener la tercera posición con 100 puntos.

En 1972 aparece por primera vez en el programa Ein Kessel Buntes de la televisión pública de la República Democrática de Alemania. En 1975, la Heinrich-Heine-Gesellschaft le pide a Katja que ponga música a las obras del ensayista y poeta Heinrich-Heine. Sigue publicando canciones a finales de los setenta pero que se centraron en canciones de musicales como Wein’ nicht um mich, Argentinien del musical Evita (1977), y coplas de cabaret.

Asimismo sus apariciones televisivas aumentan, no solo en programas musicales sino también en programas políticos; presenta varios como Katja-Die Stimme (1970), Katja &Co. (1976), Konzert frei Haus (1980), Das ist mein Milieu (1981) o Mein Name ist Katja (1982); pone voz a diferentes canciones de series infantiles y la television de la Alemania Oriental retransmite sus conciertos en Berlín en 1983, 1986 y 1987. Además, participa en el doblaje de varias películas como Pedro y el dragón Elliott (1977) y Oliver y su pandilla (1988). También participó en diversas películas como Das Lied der Balalaika (1971), Glückspilze (1971), Die Glückspirale (1972), Berlin grüsst Bern (1975), Wunderland (1983), etc.

El 20 de marzo de 1980 vuelve, por última vez, a la final nacional alemana para Eurovisión (Ein Lied für Den Haag) con Theater. Vence y en La Haya consigue la segunda plaza con 128 puntos. Al tener un palmarés impecable (dos terceros puestos y un segundo) será frecuentemente llamada por las televisiones alemanas en programas sobre el festival europeo, llegando incluso a presentar la final nacional de 1981 (Ein Lied für Dublin).

Sin aparcar su carrera musical, Katja desarrolló a lo largo de la década de los ochenta su faceta como actriz. Forma parte del reparto de diferentes obras teatrales como Professor Unrat, Den blauen Engel, Die Dreigroschenpoper, Chicago, Sweet Charity o Victor Victoria. También formó parte del exitoso programa de televisión Unterwegs in der DDR entre 1984 y 1989. En 1986 se convierte en la cara visible de la Lotería de la ARD y para la ocasión presenta la canción Mensch, sag’ doch einfach Na und. Al año siguiente publica el disco Lach’ mich nicht aus.

Durante la década de los noventa continúa realizando diversos espectáculos musicales y programas de entretenimiento como Meisterinnenwerke, Schlage die Trommel und fürchte dicht nicht, Trommel ohne Furcht o Berlin…trotz und alledem! Además, desarrolla una fructífera carrera como escritora. Aprovechando el renacimiento de la música schlager en Alemania se vuelven a reeditar varios discos de Katja y publica uno nuevo: Ebstein. A comienzos del siglo XXI, Katja sigue presentando programas culturales en televisión, así como un programa pre-navideño (Est fällt ein Stern herunter) que sigue todavía en antena.

En 2005, Katja celebró sus cuarenta años en el mundo de la música con el disco Witkiewicz, en el que participaron diversos artistas como Pe Werner o Xavier Naidoo, y con una gira por Alemania titulada Jubiläumstour. En 2007 participa en el concurso Let’s Dance (el equivalente alemán a ¡Mira quién baila!) siendo finalmente segunda. Desde 2007 es la presidenta del jurado del Sttugarter Chanson-Festivals. En enero de 2008 recibió del entonces presidente de Alemania Horst Köhler la Orden del Mérito de la República Federal de Alemania por su papel en la música y su compromiso social. Entre marzo y abril fue jurado del programa Showstar. En abril participa en el espectáculo Na und? Wir leven noch! que incluía canciones de su disco He du da (1980) y nuevas canciones de corte político-social.

En 2011, Katja vuelve a la escena musical con una versión, junto al rapero JokA, de Wunder gibt es immer wieder que se convierte en todo un éxito en las listas alemanas, especialmente en las de rap. En febrero de 2011, la televisión privada RTL organiza una edición especial del programa Die ultimative Chartshow donde hace pública una lista con los artistas alemanes más exitosos donde situaron a Katja Ebstein en el puesto doce. Katja ha publicado más de treinta discos desde 1969 y se han publicado decenas de recopilaciones. Además, su lista de premios es casi interminable. Los últimos trabajos de Katja son Na und-wir leben noch! (2013) y Sister class (2015). En 2015 recibió la Orden al mérito del estado federal de Branderburgo.

Katja Ebstein también ha tenido una intensa vida política y social: Durante su juventud formó parte de los movimientos del Mayo del 68 en Alemania. Para las elecciones de 1972, apoyó activamente al socialdemócrata Willy Brandt. En los ochenta se unió a varias organizaciones pacifistas. En 2003 participó en las manifestaciones contra la guerra de Irak. En 2012 firmó, junto a otros artistas como Mikis Theodorakis o Tony Benn, un manifiesto que apelaba al rescate de los pueblos de Europa. En las elecciones de 2013, apoyó abiertamente al partido de tendencia socialista-marxista Die Linke. Además es miembro de la Asociación por la Tasación de las Transacciones financieras y por la Acción Ciudadana, que es un movimiento que promueve el control democrático de los mercados financieros y las instituciones encargadas de su control. También ha fundado diferentes organizaciones que promueven los derechos de los niños y jóvenes, como la Aktion Unwelt für Kinder und umwelgeschädigte Jugendliche. Asimismo, ha supervisado proyectos de desarrollo en Malí, ha formado parte de organizaciones que ayudaban a jóvenes brasileños desfavorecidos y ha apoyado la construcción de casas para las familias desfavorecidas en las montañas del Perú.

Katja se ha casado dos veces: la primera en 1972 con Christian Bruhn, del que se separa en enero de 1976; y en 1979 con el director Klaus Überall que murió de una enfermedad pulmonar el 29 de octubre de 2008.