Elle est la fille d'un tuyauter et syndicaliste communiste. Jeune femme, elle travaille comme tailleuse. En 1925, elle rejoint la Ligue des jeunes communistes d'Allemagne, puis devient membre du Parti communiste en 1929. En 1933, avec l'avènement du nazisme en Allemagne, sa famille et elle émigrent en Union soviétique, où elle continue à travailler comme tailleuse. C'est toutefois la période de la Grande Terreur en URSS, orchestrée par Joseph Staline ; son frère Paul est arrêté en 1939 et mourra en prison. En , l'Allemagne nazie attaque l'URSS, envahissant l'ouest du territoire soviétique. Käthe se porte volontaire pour rejoindre la résistance communiste en Allemagne. Avec le résistant Theodor Winter (beau-fils du futur président de la RDA Wilhelm Pieck), elle saute en parachute depuis un avion soviétique au-dessus de la Pologne occupée. En route vers Berlin, les deux jeunes gens sont capturés par les autorités nazies. Käthe Niederkirchner est abattue par un peloton d'exécution au camp de concentration de Ravensbrück durant la nuit du 27 au , à l'âge de 34 ans. Theodor Winter est exécuté à la même période.