Катя Вълева е родена в гp. Бургас, където завършва средно музикално училище - НУМСИ "Проф. Панчо Владигеров" със специалност виола. В периода 1996 - 2000 г. учи в НМА "Проф. Панчо Владигеров" гр. София в класа по виола на проф. Стефан Жилков и камерна музика при проф. Димитър Козев. След завършване на висшето си образование постъпва на работа в камерен оркестър "Колегиум музикум - Банкя". Свири и в струнен квартет "Арс музика", с който има многобройни участия в концерти и фестивали за съвременна чуждестранна и нова българска музика, както и записани два диска с музика от български и косоварски композитори.
Катя Вълева има интерес към старата музика и участва в създаването на един от първите български ансамбли за стара музика "Saltarello", репертоарът на който включва музика от епохите на Средновековието, Ренесанса и Барока. Свири на копие на средновековен виел, изработен от лютиера Христо Георгиев. Освен в България К. Вълева е свирила с различни камерни състави в Македония, Сърбия, Косово, Турция, Германия, Австрия, Норвегия, Дубай и Япония. От 2008 г. свири в Софийска филхармония.