Katharina Arnold spielte als Jugendliche im Landesjugendorchester NRW und im Bundesjugendorchester. Ihr Studium absolvierte sie in Salzburg und in Detmold. In der Spielzeit 2003/04 war sie Akademistin des Symphonieorchesters des Bayerischen Rundfunks. Außerdem spielte sie in der Camerata Salzburg und war Stellvertretende Solobratschistin im Residentie Orkest Den Haag, bevor sie nach Köln zum WDR Sinfonieorchester wechselte. Von 2007 bis 2024 hat sie als Lehrbeauftragte an der Hochschule für Musik Detmold unterrichtet.
Ein Höhepunkt ihrer Zeit beim WDR Sinfonieorchester war die Begegnung mit Andris Nelsons, der sie mit seiner scheinbar grenzenlosen Hingabe an und Leidenschaft für die Musik sowie seiner hochansteckenden Begeisterungsfähigkeit tief beeindruckte.
Katharina Arnold ist seit 2007 Mitglied im WDR Sinfonieorchester.