Bei den Deutschen Skilanglauf-Meisterschaften 2015 in Oberwiesenthal wurde sie deutsche Meisterin über 5 km und in der Verfolgung. Bei den Junioren-Weltmeisterschaften im rumänischen Rasnov gewann die Erzgebirgerin im 10-km-Freistil-Rennen hinter der Schwedin Ebba Andersson die Silbermedaille. Bereits 2013 und 2015 hatte Katharina Hennig mit dem deutschen Team Bronze gewonnen und im Jahr 2014 Platz 4 belegt. Ihr Weltcup-Debüt feierte sie am 24. Januar 2016 im tschechischen Nové Město. Als Startläuferin der Deutschland-II-Staffel hielt sie in der Spitzengruppe vorn mit und landete mit ihren Teamkolleginnen auf dem siebten Platz. Bei den Deutschen Skilanglauf-Meisterschaften 2016 in Oberhof und Kirchzarten wurde sie jeweils Zweite über 16,5 km Freistil und über 30 km klassisch.