کتایون ریاحی در ۱۰ دی ۱۳۴۰ در تهران به دنیا آمد.کتایون ریاحی دارای یک فرزند به نام پوریا است که موسیقیدان و دارای تحصیلات آکادمیک در زمینه موسیقی است. برادر او علیرضا ریاحی از دیگر بازیگران سینما در ایران است.کتایون ریاحی با نویسندگی برای کودکان آغاز و با فیلم خبرچین به سینما آمد. اما فیلم در نیمه راه متوقف شد .کتایون ریاحی برای بازی در فیلم پاییزان انتخاب شد. در آن زمان در سینما چندان موفق نبود اما با بازی در مجموعه پدرسالار توانست خود را مطرح کند و حضور او در مجموعههای روزهای زندگی و بهویژه مجموعهٔ تلویزیونی پس از باران از او چهرهای شناختهشده ساخت. بازی کتایون ریاحی در مجموعههای پس از باران و شب دهم نیز چشمگیر بود. او پس از پنج سال دوری از سینما با بازی در شام آخر مهمترین بازی دوران بازیگری خود را به معرض نمایش گذاشت و برای بازی در همین فیلم نامزد جایزهٔ بهترین بازی نقش اول زن از بیستمین جشنواره فیلم فجر شد. این زن حرف نمیزند دیگر فیلمی بود که ریاحی در آن ایفای نقش کرد. او برای بازی در این فیلم هم نامزد جایزهٔ از هفتمین جشن خانه سینما شد.آخرین بازی او در سریال یوسف پیامبر در نقش زلیخا بود. ریاحی در خرداد ۱۳۸۸ طی یادداشتی به سایت سیمافیلم، کنارهگیری خود از دنیای بازیگری را اعلام کرد. فرجالله سلحشور کارگردان یوسف پیامبر در گفتگویی در این مورد گفت که او گفته: «دیگر نمیتوانم فضاهای موجود سینما را تحمل کنم و از حرفه بازیگری کنارهگیری کرد. چون در فیلم یوسف پیامبر مسائل معنوی، آرامش، احترام، حیا و حجاب مطرح بود و وی نمیتوانست صحنههای دیگر را تحمل کند، گفت: دیگر نمیخواهم کار کنم و میخواهم شیرینی سریال یوسف پیامبر در ذائقه من بماند.»
در فروردین ۱۳۹۲ تصاویری از کنسرت ابی در لسآنجلس منتشر شد که نشان دهنده حضور بدون حجاب زنی در کنار ابی بود که شباهت زیادی با ریاحی داشت.انتشار این تصاویر با حاشیههایی از سوی سایتهای خبری، معاون اجتماعی پلیس و فرجالله سلحشور همراه بود.سلحشور پیش از تکذیب یا تأیید ریاحی، در مصاحبه با رسانهها گفت: «این اتفاق مطلب ما را تأیید میکند که در شرایط فعلی و با این جریان، عوامل سینمای ما نمیتوانند درست رفتار کنند و این سینماست که معمولاً سینماگرانش را در آلودگی و فساد خودش غرق میکند. حال فرقی ندارد که آن بازیگر «یوسف» باشد یا فرد دیگری». معاون اجتماعی نیروی انتظامی از برخورد با مسئله پوشش بازیگران سینما در خارج از کشور از طریق اینترپل گفت. در واکنش به این بحثها ریاحی انتساب این عکسها به خود را تکذیب کردو گفت «متأسفم از اینکه در جامعه مترقی ایران، برخی از مردم از روی بیخبری و بیاطلاعی در صدد تخریب چهرههای شناخته شده هستند». همچنین برخی رسانهها مدعی شدند که این تصاویر متعلق به مهشید برومند، همسر دوم ابی است. ریاحی در ۱۵ تیر ۱۳۹۵، با حضور مهمان برنامه خندوانه به تلویزیون برگشت.ریاحی یکی از نخستین بازیگرانی بود که در شهریور ۱۴۰۱ در حمایت از مهسا امینی، دختر کشتهشده توسط گشت ارشاد، کشف حجاب کرد. او در جواب به محمدمهدی اسماعیلی، وزیر ارشاد، که گفته بود کسانی که «حجابشان را برداشتهاند به فکر فعالیت دیگری باشند»، گفت «پیشنهاد میکنم شما فکر یه کار آبرومند برای خودت باش.»مأموران امنیتی قصد داشتند او را بازداشت کنند اما با ورود به خانهاش، ریاحی گریخته بود.برخی از وسایل شخصی او مانند لپ تاپش توسط مأموران ضبط شد. پس از آن خبری از ریاحی نبود و مدیر پیج اینستاگرام او گفت که جانش در خطر است.او در ۲۹ آبان در قزوین بازداشت شد. ریاحی در آذر ۱۴۰۱ با قرار وثیقه آزاد شد.