Η Κάτια Μολφέση γεννήθηκε στην Αθήνα και σπούδασε αρχικά πιάνο και θεωρητικά, έπειτα έκανε μεταπτυχιακό σύνθεσης για κινηματογράφο και τηλεόραση στο Kingston University του Λονδίνου. Φοίτησε με υποτροφία στην τάξη διεύθυνσης ορχήστρας του αρχιμουσικού Λουκά Καρυτινού στο Ωδείο Αθηνών απ’ όπου πήρε δίπλωμα διεύθυνσης ορχήστρας με έπαινο, ενώ έχει παρακολουθήσει διεθνή σεμινάρια τελειοποίησης σε μουσικές ακαδημίες της Ευρώπης με σημαντικούς μαέστρους.

Έχει διευθύνει ορχήστρες και μουσικά σύνολα σε πολυάριθμα ελληνικά φεστιβάλ συμπεριλαμβανομένου και του Φεστιβάλ Αθηνών και συνεργάζεται με ορχήστρες όπως μεταξύ άλλων την Συμφωνική της ΕΡΤ, την Ορχήστρα Σύγχρονης Μουσικής της ΕΡΤ, την Συμφωνική Ορχήστρα Δήμου Αθηναίων και την Εθνική Λυρική Σκηνή, ενώ από τον Οκτώβρη του 2019 είναι η αρχιμουσικός της Συμφωνικής Ορχήστρας Πειραιώς. Στο εξωτερικό έχει διευθύνει την Συμφωνική του Karlovy Vary, την Φιλαρμονική της Βόρειας Τσεχίας και την Συμφωνική MAV της Βουδαπέστης. Συναυλίες και παραστάσεις της αποσπούν συχνά ευνοϊκές κριτικές από τον Τύπο.

Εχει διευθύνει έργα σημαντικών Ελλήνων συνθετών, αρκετά εξ’ αυτών σε πανελλήνια πρεμιέρα.

Το καλοκαίρι του 2018 διηύθυνε την χορωδία που δημιουργήθηκε από το Κέντρο Εκπαίδευσης και Αποκατάστασης Τυφλών, το οποίο πραγματοποίησε ευρωπαϊκό πρόγραμμα Erasmus+ (Μαθησιακή κινητικότητα ατόμων-Κινητικότητα νεολαίας) με τον τίτλο “Music Key” με μουσικό και διαπολιτισμικό χαρακτήρα.

Από το 2013 εργάζεται τακτικά ως αρχιμουσικός στην Εθνική Λυρική Σκηνή έχοντας λάβει μέρος σε πολλές παραγωγές όπερας και έχοντας συνεργαστεί με σολίστες και σκηνοθέτες διεθνούς αναγνώρισης.