Bis Katrin Sass zu einer der bekanntesten Schauspielerinnen der DDR wurde, war es ein langer Weg. Obwohl ihre Mutter selbst Schauspielerin ist, und ihre Tochter mehrfach zu Proben und Aufführungen mitnimmt, macht Katrin Sass zuerst eine Ausbildung zur Telefonistin. Sie bewirbt sich an der Berliner Schauspielschule, wird aber erst in Rostock angenommen und studiert dort. Zeitgleich steht sie für mehrere Stücke auf der Theaterbühne.
 
Regisseur Heiner Carow entdeckt sie schon während ihres Studiums und engagiert die damals 23-Jährigen für die Hauptrolle in "Bis daß der Tod euch scheidet“. Für den ebenfalls noch in ihrer Studienzeit gedrehten Film "Bürgschaft für ein Jahr" kann die Schauspielerin 1982 den Silbernen Bären der Berlinale mit nach Hause nehmen. In den Folgejahren spielt Katrin Sass in einer ganzen Reihe bekannter DEFA-Filme, unter anderem in Konrad Petzolds "Die Schmuggler von Rajgrod", "Die Verlobte" mit Günter Reisch und Günther Rückner, oder "Meine Frau Inge und meine Frau Schmidt". Mit Regisseur Roland Gräf dreht die Schauspielerin "Das Haus am Fluss" und "Fallada - Letztes Kapitel". Zu den letzten DEFA-Filmen der Schauspielerin gehören "Der Traum vom Elch" und "Heute sterben immer nur die anderen".
 
Nach dem Ende der DDR arbeitet Katrin Sass hauptsächlich fürs Fernsehen. Von 1994 bis 1997 ist sie als Kommissarin 'Tanja Voigt' in der Serie "Polizeiruf 110" zu sehen. In den 2000er Jahren schafft die Schauspielerin das Comeback: Die Hauptrollen in "Heidi M." und "Good Bye, Lenin" geben ihrer Karriere wieder neuen Schwung. 2010 bis 2015 ist die Schauspielerin in der Rolle als Dunja Hausmann in drei Staffeln der ARD-Erfolgsserie "Weissensee" zu sehen. 2014 übernimmt sie die Rolle einer Ex-Staatsanwältin in der TV-Krimireihe "Der Usedom-Krimi".