Katja Bürkle studierte von 1997 bis 2001 Schauspiel an der Hochschule für Musik und Darstellende Kunst in Stuttgart. Ihr erstes festes Engagement erhielt sie 2000 am Staatstheater Stuttgart. Von 2008 bis 2017 war sie festes Ensemblemitglied der Münchner Kammerspiele und wirkte in zahlreichen preisgekrönten Inszenierungen mit, so in der Uraufführung von Elfriede Jelineks RECHNITZ (DER WÜRGEENGEL) in der Regie von Jossi Wieler. Sie arbeitet u. a. mit René Pollesch, Karin Henkel, Julien Gosselin, Johan Simons, Lola Arías, Roger Vontobel, Sebastian Nübling, Gob Squad, Kristian Smeds, Tian Gebing. Nach einer Spielzeit am Residenztheater München arbeitet sie seit 2018 als freie Schauspielerin mit Engagements u. a. an der Volksbühne Berlin, am Deutschen Theater Berlin, dem Wiener Burgtheater und den Salzburger Festspielen.
2018 wird sie beim 36th Fadrj International Theaterfestival in Teheran für ihre Performance in HAMLET, Regie: Christopher Rüping, als beste Schauspielerin ausgezeichnet und für ihre Darstellung des Franz Moor in Ulrich Rasches DIE RÄUBER-Inszenierung für den FAUST-Preis nominiert.
Katja Bürkle steht regelmässig vor der Kamera: So feierte 2023 das Drama IM TOTEN WINKEL von Ayse Polat Premiere auf der Berlinale, mit Bürkle in der Hauptrolle einer Dokumentarfilmerin. Der Film wird 2024 mit zahlreichen Preisen ausgezeichnet, u. a. Deutscher Filmpreis Bester Film Bronze, Bestes Drehbuch, Beste Regie.
Außerdem war sie zuletzt u. a. in der preisgekrönten ARD-Serie ODERBRUCH, Regie: Christian Alvart und Adolfo Komerer, zu sehen.
Katja Bürkle ist darüber hinaus Sprecherin für Hörbücher, Radioproduktionen und Dokumentationen.