Katarina Frostenson är född i Stockholm 1953. Hon har studerat litteratur-, film- och teatervetenskap vid Stockholms universitet och översatt skönlitteratur från franska, bl a Henri Michaux, Marguerite Duras och Georges Bataille. 1978 debuterade hon som författare med diktsamlingen I mellan.
Frostensons författarskap består främst av poesi men omfattar även prosa och dramatik. Staden har alltid varit en stor inspirationskälla; de fem år hon tillbringade i Paris i början av 80-talet var betydelsefulla och resulterade i diktsamlingarna I det gula (1985) och Samtalet (1987). När Katarina Frostenson skrev libretto för operan Staden stod staden återigen i centrum. Men även naturen spelar en roll: vattnet, stränderna, åkrarna, fälten, de öppna landskapen. I den lyriska kortromanen Stränderna (1989) undersöks och genomlyses till exempel strandlandskapet.
Ett av de framträdande dragen i Frostensons diktning är det sökande-undersökande draget; ett annat är fascinationen inför Rösten, tonen, klangen, harmonin och dissonansen; åter ett annat bruket av kulturella referenser och dragningen till "det som var innan", må vara antik mytologi, barnramsor, folkvisor eller motiv hämtade från Europas oroshärdar.
Det poetiska språket är Katarina Frostensons signum, även när hennes texter öppnar sig mot andra litterära former. En betydelsefull diktsvit är Joner (1991), Tankarna (1994 - nominerad till Aristeionpriset) och Korallen (1999), alla tre autonoma diktsamlingar som formmässigt och tematiskt knyter an till varandra. De senaste åren har Katarina Frostenson även gjort sig ett namn även som dramatiker. Kungliga Dramatiska Teatern har spelat verken Nilen, Traum och Sal P och Teater Galeasen pjäsen Solitärer som är en triptyk av Katarina Frostenson, Erik Beckman och Stig Larsson.
På våren 2002 sattes hennes pjäs Kristallvägen upp på Judiska teatern i Stockholm. Samtidigt var hon aktuell med diktsamlingen Endura, som hon sammanställt tillsammans med sin man fotografen Jean-Claude Arnault. Katarina Frostenson har tidigare utgivit Överblivet (1989) och Vägen till öarna (1996), vilka även de berikats med fotografier av Jean-Claude Arnault.
2004 kom den kritikerrosade Karkas, en diktsvit som kretsar kring jaget och världen, landskapet och minnet, ordet och kärleken och språkets riktning. 2008 utkom Tal och Regn som nominerades till Augustpriset och 2011 utkom hon med diktsamlingen med Flodtid.
Katarina Frostenson har nominerats till Augustpriset, Nordiska rådets litteraturpris och EU:s Aristeionpris samt tilldelats Svenska Akademiens Bellmanspris, Samfundet De Nios stora pris och Gerard Bonniers lyrikpris. 2004 erhöll hon också det internationellt prestigefyllda Henrik-Steffens-Preis, samt Nils Ferlin-priset och Erik Lindegrenpriset.
1992 valdes hon in i Svenska Akademien efter Artur Lundkvist.