Katherine Anne Langford nasceu em Perth, na Austrália, filha dos médicos Elizabeth e Stephen Langford. Ela é a irmã mais velha da também atriz, Josephine Langford.
Quando criança, Langford fez aulas vocais clássicas, começando em 2005. Ela estudou em duas escolas privadas, onde ela se descreveu como uma criança "esquerda central", antes de ir para a Perth Modern School, onde ela se tornou uma nadadora nacionalmente classificada. Katherine afirma ter-se interessado pela medicina e pela política, juntamente com o teatro musical, até assistir a um concerto de Lady Gaga, que a inspirou a aprender a tocar piano sozinha e a largar o time de natação. Durante o tempo que passou na Perth Modern School, ela entrou para o clube de teatro do colégio e começou a escrever músicas no piano dentro do auditório, durante seu tempo livre. Em 2013, Langford apareceu em uma produção do colégio chamada "Hotel Sorrento".
Depois de se formar, em 2014, Langford estudou Teatro Musical na Principal Academy of Dance & Theatre. Enquanto esteve lá, ela apareceu na produção Godspell, onde ela atuou como Morgan. Ela teve sua primeira aula de atuação em março de 2015, com 19 anos. Katherine foi uma das cinco selecionadas para participar do Instituto Nacional de Artes Dramáticas (NIDA) Advanced Actors Residency de 2015. Foi também em 2015, que ela treinou na Nicholson's Academy of Screen Acting. Durante este tempo, ela também interpretou o papel da amante de Peron na produção de 2015 da EVITA no Centro de Artes Koorliny em Perth.
No final de 2015, Katherine recebeu uma proposta para participar do programa de Bacharel em Artes Cênicas na Western Australian Academy of Performing Arts (WAAPA) e pretendia começar estudos em 2016. Entretanto, ela nunca se matriculou e preferiu ir atrás de papéis profissionais.[10] Ela estudou no Instituto Nacional de Artes Dramáticas e na Academia Principal de Artes Performáticas de Perth, e seu treinamento de voz inclui uma classe mestre no Royal Conservatoire of Scotland. Suas primeiras atuações na Academia de Perth incluem papéis em Godspell e Te Deum.