Katharina Müller-Elmau (* 13. September 1965 in Göttingen) ist eine deutsche Schauspielerin, Musikerin und Synchronsprecherin.
Katharina Müller-Elmau stammt in dritter Generation aus einer Theaterfamilie. Ihr Großvater war Eberhard Müller-Elmau, ihr Vater Raidar Müller-Elmau wurde vor allem durch seine Auftritte in zwei der insgesamt drei Immenhof-Filme bekannt. Ihr Onkel Markwart Müller-Elmau ist ebenfalls Schauspieler, ihr Bruder Alexander Müller-Elmau Bühnenbildner und Regisseur. Sie wurde von ihrem Großvater im Schauspiel ausgebildet. Ihr Urgroßvater war der Philosoph Johannes Müller, Gründer von Schloss Elmau. In jungen Jahren war sie vor ihrer Schauspielkarriere Gründungsmitglied der Rockband Freaky Fukin Weirdoz und bei Asmodi Bizarr jeweils als Schlagzeugerin aktiv.
Von 1988 bis 1997 war sie am Bayerischen Staatsschauspiel engagiert. Dort arbeitete sie mit Regisseuren wie Robert Lepage, Martin Kušej, Matthias Hartmann, August Everding und Jérôme Savary. Parallel studierte sie weiter Schauspiel und Gesang. Sie komponierte die Bühnenmusik für drei Inszenierungen am Residenztheater München. Es folgten Engagements am Schauspielhaus Bochum (2001) und an den Hamburger Kammerspielen (2003).