Hija de un piloto de motocross y enduro, ya a los 4 años acudía a alguna que otra carrera con su padre. Pero fue con nueve años cumplidos cuando Katja decidió dedicarse a la competición, tas haber visto el Gran Premio de Alemania en Hockenheim. A pesar de que en un principio sus padres no se mostraron de acuerdo con la decisión, Katja siguió insistiendo hasta conseguir que a los 14 años le regalasen una Suzuki RG 125. En sólo tres años la inversión comenzó a dar sus frutos y Poensgen se convirtió en la primera mujer que ganaba una Junior Cup en Alemania. A los 18 corre en 125 en el Campeonato de Alemania y un año después participa en la Supersport europea, en la que alcanzó un podium y quedó entre los cinco primeros en tres ocasiones. En el 2000 pasa a correr en Superstock y es en el 2001 cuando por fin alcanza su sueño de correr en la categoría de cuarto de litro en el mundial y se convierte en la primera mujer que suma puntos para la clasificación final con un 14º puesto en Mugello. Tras una temporada de paréntesis, en2003 Katja reaparece en la escena del Campeonato del Mundo con el equipo Arie Molenaar Honda.