Η Κατερίνα Νικολάου γεννήθηκε στην Αθήνα. Είναι πτυχιούχος του τμήματος Ιστορίας και Αρχαιολογίας της Φιλοσοφικής Σχολής του Πανεπιστημίου Αθηνών και διδάκτορας του ίδιου τμήματος. Από το 1982 ως το 1987 συνεργάστηκε σε ερευνητικό πρόγραμμα της τότε έδρας της Ιστορίας του Βυζαντινού Κράτους του Πανεπιστημίου Αθηνών, ενώ παράλληλα (ως το 1988) δίδασκε στο Αμερικανικό Κολλέγιο της Αγίας Παρασκευής. Από το 1988 ως σήμερα εργάζεται στο Ινστιτούτο Βυζαντινών Ερευνών του Εθνικού Ιδρύματος Ερευνών στο πρόγραμμα "Βυζάντιο και Σλαβοβαλκανικός κόσμος", στα πλαίσια του οποίου έχει συντάξει (σε συνεργασία με τη Θεώνη Μπαζαίου-Barabas) αναλυτική βιβλιογραφία των ετών 1945-1991 με θέμα: Ελληνικός χώρος και πρώιμοι Σλάβοι-Βούλγαροι-Σέρβοι (6ος-15ος αι.) Αθήνα 1992 και έχει επιμεληθεί την έκδοση πρακτικών συνεδρίων. Έχει δημοσιεύσει μελέτες σχετικές με τη θέση και το ρόλο της γυναίκας στη μεσοβυζαντινή κοινωνία, όπου και εστιάζεται το ερευνητικό ενδιαφέρον της. Αυτοτελή δημοσιεύματά της είναι: "Η θέση της γυναίκας στη βυζαντινή κοινωνία" Αθήνα, Ίδρυμα Γουλανδρή-Χορν, 1993. - "Η γυναίκα στη βυζαντινή κοινωνία" (8ος-11ος αι.). Η εικόνα της στα αγιολογικά κείμενα", Αθήνα Δακτυλόγραφη διδακτορική διατριβή, 2000.