پدر و مادر وی شیرازی -گیلانی تبار هستند. پدر وی اردشیر ریاحی پزشک ارتوپد در بیمارستان چمران شیراز و مادرش گیتی ریاحی و همسرش نیز یکی از سهام داران اصلی شرکت اویل ورد آمریکا است.کتایون ریاحی کارشناس ادبیات و مردم‌شناسی است. او خواهر علیرضا ریاحی از دیگر بازیگران سینما در ایران است جالب است.

کتایون ریاحی با نویسندگی برای کودکان آغاز و با فیلم «خبرچین» به سینما آمد. اما فیلم در نیمه راه متوقف شد و او برای بازی در فیلم «پاییزان» انتخاب شد. در آن زمان در سینما چندان موفق نبود اما با بازی در مجموعه «پدرسالار» توانست خود را مطرح کند و حضور او در مجموعه‌های «روزهای زندگی» و به‌ویژه مجموعهٔ تلویزیونی «پس از باران» از او چهره‌ای شناخته‌شده ساخت. بازی ریاحی در مجموعه‌های «پس از باران» و «شب دهم» نیز چشمگیر بود.