Catarina Coelho iniciou os seus estudos em dança aos cinco anos de idade na Escola de Ballet Clássico de Ana Rita Baeta Neves e, em 2006, ingressou na Escola de Dança do Conservatório Nacional, onde se formou como bailarina profissional sob a orientação de professores como Irina Zavialova, Mikhail Zavialov, Marc de Graef, Pedro Carneiro, Hiroko Nishikawa, Luísa Carles, Urlike Caldas, Constança Couto, Liliana Mendonça e Cristina Pereira.

Estudou como bolseira da Fundação Calouste Glubenkian na Academia Estatal de Coreografia de Moscovo (Bolshoi Ballet Academy), na Rússia, onde destaca professores como Elena Vatulya, Irina Pyatkina, Valery Anisimov, Nina Tolstaya e Svetlana Ivanova. Durante os seus estudos na capital russa, teve a oportunidade de integrar o corpo de baile da versão de Natalia Makarova do bailado “La Bayadére”, com a Companhia de Bailado do Teatro Musical Stanislavky e Nemirovich-Danchenko de Moscovo.

Entre 2017 e 2020, integrou o Eifman Ballet de São Petersburgo, na Rússia, como Bailarina Corifeu. Esta experiência permitiu-lhe explorar um repertório exigente, adaptar-se a diferentes estéticas coreográficas e crescer como intérprete num contexto artístico de elevado nível. Do repertório dançado, destacam-se os bailados “Anna Karenina”, “Red Giselle”, “Rodin, her Eternal Idol”, “Eugene Onegin”, “Tchaikovsky. PRO et CONTRA”, “Russian Hamlet” e “Requiem”.

Ainda como estudante de dança, participou no Concurso Tanzolymp 2013, em Berlim, durante o qual teve a oportunidade de participar em masterclasses com Nina Ananiashvili, Rafael Zago e Vladimir Malakhov. Frequentou também vários cursos de dança em instituições de renome, como a Royal Ballet School (Inglaterra), Victor Ullate Performing Arts School (Espanha), Bolshoi Ballet Academy (Nova Iorque). Em 2016 participou na D&D International Ballet Masterclass, em Barcelona, Espanha, onde trabalhou com os professores David Makhateli, Daria Makhateli, Ludmila Kovaleva, Natalia Hoffmann e Grigory Chicherin.

Desde 2021 que leciona ocasionalmente Técnica de Dança Clássica em diferentes escolas da Grande Lisboa e, desde 2025, é professora de Ballet na Quorum Academy.