Koch begynte sin bane i Sachsenhausen i 1936. Der giftet paret seg den 25. mai samme år. Kort etter bryllupet fulgte hun med sin ektemake til Buchenwald nær Weimar, der hun i 1941 ble utnevnt til , «sjefsovervåkerske». Hun skal egenhendig ha torturert og myrdet kvinnelige internerte i leiren.