Katharina Leonore Goebel wurde als jüngstes von vier Geschwistern in Rosenheim geboren und wuchs in Prien am Chiemsee auf. Mit 19 Jahren spielte sie in dem Kurzfilm DANIELS ASCHE des damals noch an der HFF München studierenden Regisseurs Boris Kunz. Der Film feierte bei den Internationalen Hofer Filmtagen 2010 seine Premiere. Von 2014-2016 war die Schauspielerin festes Ensemblemitglied am Theater Heilbronn und spielte hier in einer Vielzahl klassischer und zeitgenössischer Stücke, einige auch im Bereich der Performance und des Musiktheaters. 

2019 begann Katharina Leonore Goebel als Sprecherin zu arbeiten und Hörspielproduktionen u.a. mit Audible, dem Bayerischen Rundfunk und Deutschlandfunk Kultur aufzunehmen. Der Theaterbühne hat sie sie als Schauspielerin nie ganz verlassen und war in den vergangenen Jahren als Gast u. a. am Schauspielhaus Bochum, am Grillo-Theater Essen und am DNT Weimar sowie in Produktionen der Freien Szene in München und Berlin zu sehen. 2012 war Katharina Leonore Goebel erstmals in dem ARD-Film DAS LEBEN IST EIN BAUERNHOF (Regie: Thomas Kronthaler) im Fernsehen zu sehen. Bei den Kritikern stach Katharina Leonore Goebel in dem Film besonders positiv hervor und zog bereits bei ihrem Einstand die Aufmerksamkeit des Publikums auf sich. Es folgten weitere Auftritte unter anderem in der ZDF-Serie KÜSTENWACHE (2015) oder dem ARD-ZÜRICHKRIMI (2018). 2020 war Katharina Leonore Goebel in einer Hauptrolle des ZDF-Filmdramas DAS TAL DER MÖRDER (Regie: Peter Keglevic) zu sehen. 2021 folgte ein Aufritt in einer Episodenhauptrolle in der ZDF-Kultreihe SOKO WISMAR (Regie: Oren Schmucker). Seit Sommer 2021 steht Katharina Leonore Goebel in einer durchgängigen Rolle als Kommissarin „Sophia Strasser“ für die ARD-Erfolgsserie WATZMANN ERMITTELT vor der Kamera. Sie spielt hierin die neue Kollegin an der Seite der beiden Kommissare „Beissl“ (Andreas Giebl) und „Paulsen“ (Peter Marton) auf dem Berchtesgadener Revier.