Katarzyna Lubnauer urodziła się 24 lipca 1969 roku w Łodzi. Jest córką Zdzisławy Libudzisz (profesor mikrobiologii) i Jerzego Libudzisza (chemika).
Ukończyła II Liceum Ogólnokształcące im. Tadeusza Kościiszki, a następnie studia matematyczne na Uniwersytecie Łódzkim. Krótko pracowała jako nauczycielka w liceum, następnie zaczęła studia doktoranckie i została nauczycielem akademickim na Uniwersytecie Łódzkim. W 2001 roku uzyskała stopień doktora nauk matematycznych i objęła stanowisko adiunkta w Katedrze Teorii Prawdopodobieństwa i Statystyki.
Działalność polityczna
Od 1993 roku działała w Unii Demokratycznej, a od 1994 roku w Unii Wolności, gdzie kierowała jednym z kół partii w Łodzi. W latach 1998-2004 zasiadała w radzie miejskiej Łodzi. W 2005 roku weszła w skład władz krajowych Partii Demokratycznej – demokraci.pl.
W 2015 roku wystartowała do Sejmu w okręgu łódzkim z pierwszego miejsca na liście Nowoczesnej. Uzyskała mandat posłanki VIII kadencji, otrzymując 18 549 głosów. W 2016 roku Lubnauer została wiceprzewodniczącą Nowoczesnej, a od stycznia do maja 2017 roku była jego rzecznikiem prasowym. W kwietniu 2017 roku objęła przewodnictwo w klubie poselskim. 25 listopada 2017 roku wybrana została na przewodniczącą ugrupowania, pokonując założyciela partii Ryszarda Petru.
Życie prywatne
W marcu 1991 roku wyszła za mąż za finansistę Macieja Lubnauera. Ma córkę Annę.