کتایون امیر ابراهیمی در سال 1318 از پدری ایرانی و مادری روسی در سنندج متولد شد. او در کودکی به دلیل شغل پدرش، در شهرهای مختلفی زندگی کرد. او در سن 17 سالگی با یکی از فامیل‌هایشان ازدواج کرد و دختری به نام نیلوفر دارد. پدر وی با حضور او در سینما مخالف بود و عقیده داشت که محیط سینما، سالم و درست نیست. او به دلیل چهره‌ی زیبایش و آشنایی که با بازیگران و هنرمندان داشت، درخواست‌های زیادی برای بازیگری داشت اما کتایون امیرابراهیمی علاقه داشت تا کار بازیگری خودش را با کارهای تبلیغاتی و کوچک شروع کند تا به فضای فیلمبرداری عادت کند و درنهایت از سال 1342 فعالیت خود را در حوزه تلویزیون و سینما آغاز کرد. پدر کتایون امیرابراهیمی با صادق هدایت، دوست صمیمی بودند.