Katharina Dalichau ist in München geboren, in Mainz aufgewachsen. Vor ihrem 18. Lebensjahr wurde sie für eine  Hauptrolle im Jugendtheater des Unterhaus in Mainz entdeckt.

Geprägt von ihrem Vater, der Dokumentarfilmemacher sowie Redaktionsleiter beim ZDF war und ihr das Fotografieren beibrachte, arbeitete sie zunächst im journalistischen Bereich.

Seit ihrer Kindheit suchte sie jedoch immer wieder die Bühne auf. So absolvierte sie ihr Studium an der Universität zu Köln (Kunstgeschichte und Politikwissenschaft) nur bis zur Zwischenprüfung und ging dann ans Max-Reinhardt-Seminar nach Wien. Mit ihren Schauspiellehrern Günter Einbrodt und Karlheinz Hackl erarbeitete sie Vorsprechrollen. Sternstunden erlebte sie in den Produktionen mit Istvan Szabo und Luc Bondy. Auch Klaus-Maria Brandauer erlebte sie am Max-Reinhardt-Seminar.

Verschiedene Stadttheater-Engagements folgten.

Ihr beiden Söhne kamen 1999 und 2007 zur Welt.

Ab sofort stand sie vermehrt vor der Kamera für den TV-Bereich. Bekannt wurde sie 2003/2004 mit der Hauptrolle "Hanna Novak" in der Serie "Verbotene Liebe".

Gleichzeitig nahm sie die Tätigkeit als Schauspieldozentin an privaten Schauspielschulen auf. Sie gab Einzel- als auch Gruppenunterricht für die Bühne und den TV-/Filmbereich.

Am Rheinischen Landestheater Neuss wurde sie für 10 Jahre ein festes Ensemblemitglied. 2011 bekam sie im Rahmen des Theatertreffens in Wuppertal (Festival "westwärts") zusammen mit ihrem Ensemble einen Preis für die Produktion "DIE ORESTIE" (Rolle: Elektra).

2015 absolvierte sie zusätzlich das 1.Staatsexamen an der Sporthochschule Köln und an der Universität zu Köln in den Fächern  Deutsch und Sport. Ihre Staatsexamensarbeit beinhaltete ein Theaterprojekt mit 15-17jährigen Jungen einer Hauptschule.

Derzeit arbeitet Katharina Dalichau wieder freischaffend. Als Gast ist sie 2023/24 am Düsseldorfer Schauspielhaus sowie in Bregenz am Theater Kosmos zu sehen.