Catherine Trottmann naît à Rome en 1992[1]. Elle commence ses études musicales à l'âge de six ans au Conservatoire de Dijon en jouant de la flûte traversière avant de se tourner vers le chant lyrique à quinze ans[1]. Elle intègre à dix-huit ans le Conservatoire de Paris et obtient son diplôme de fin d'études en 2014 avant de faire ses débuts dans L'Enfant et les Sortilèges de Ravel et avec l’Ensemble du Wiener Staatsoper[1],[2].
Très vite remarqué pour sa voix, elle se produit sur les scènes de l'Opéra de Paris, du Théâtre des Champs-Élysées, du Carnegie Hall, de la Philharmonie de Berlin, La Scala et les festivals d’Édimbourg et d’Aix-en-Provence[1],[3]. Dans son répertoire, Catherine Trottmann compte les opéras Le Barbier de Séville, Le Comte Ory, Guillaume Tell de Rossini, Les Pêcheurs de perles de Bizet, L'incoronazione di Poppea de Monteverdi, Don Giovanni, Les Noces de Figaro de Mozart[2],[3]. Elle crée également les rôles de « La Rose », dans Le Petit Prince (2014) de Levinas[4], et de Clara dans Nuit sans aube de Pintscher (2026).
En 2017, elle nommée « révélation artiste lyrique » aux Victoires de la musique classique, est lauréate HSBC du festival d'Aix-en-Provence et remporte un Premier Prix aux Manhattan International Music Competition[1],[2].
En 2021, elle prête sa voix à l'actrice Marion Cotillard pour le film Annette de Leos Carax[5].