Katia Winter naît en Suède, puis sa famille déménage en Grande-Bretagne. Habitant Londres, elle commence une carrière d'actrice en apparaissant dans des courts métrages puis des séries télévisées britanniques. En 2011, elle s'installe aux Etats-Unis et elle joue d'abord dans le film Arena aux côtés de Samuel L. Jackson et Kellan Lutz. Alternant des rôles au cinéma et à la télévision, elle obtient une plus grande visibilité en 2012 en apparaissant dans un épisode de la série la plus regardée d'Amérique : NCIS : Enquêtes spéciales. Dès lors elle devient une habituée du petit écran et elle obtient notamment un rôle récurrent dans la saison 7 de la série Dexter. En 2013, elle est choisie pour incarner Katrina Crane, l'un des principaux personnages de la série de la FOX Sleepy Hollow, qui dure jusqu'en 2015. En 2019, elle joue l'un des rôles principaux dans la première saison de la série Blood & Treasure.
Elle a été mariée avec Jesse Glick, dont elle a ensuite divorcé.
