Katherine Parkinson est allée à la Tiffin Girls 'School de Kingston upon Thames à Londres et plus tard au St Hilda's College d'Oxford. Elle a ensuite fréquenté la London Academy of Music and Dramatic Art, où elle a rencontré Chris O'Dowd pour la première fois, qui a ensuite joué avec elle dans The IT Crowd. Elle a interrompu ses études pour jouer dans The Age of Consent. En 2007, elle est apparue dans une nouvelle version traduite de The Seagull d'Anton Chekhov avec Kristin Scott Thomas et Mackenzie Crook.
Parkinson a travaillé comme actrice de cinéma et de télévision depuis 2005. De 2005 à 2009, elle est apparue comme Pauline Lamb dans la série télévisée britannique Doc Martin. Elle est devenue célèbre avec le rôle principal de "Jen Barber" dans la série humoristique primée The IT Crowd. En plus de rôles dans des séries télévisées et des téléfilms, elle a également été vue dans des films tels que New York pour les débutants ou Radio Rock Revolution.
En 2012, Parkinson a joué le journaliste Kitty Riley dans le dernier épisode de la deuxième saison de la série BBC Sherlock ("Der Reichenbachfall").
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