První muzikální úspěchy zaznamenala v televizní pěvecké soutěži, kterou ve svých patnácti letech vyhrála. Následovala spolupráce s Mikem Battem, který se stal jejím manažerem a producentem. Ačkoli v dětství snila o kariéře historičky nebo političky, v dospělosti své původní záměry přehodnotila. Na vysokou školu nenastoupila a začala se intenzivně věnovat hudbě. V devatenácti letech vydala své debutové album Call of the Search, kterého se prodalo 1,8 milionu kopií a které se během pěti měsíců od data svého vydání vyšplhalo na vrchol britské hitparády.

Její kariéra pokračovala úspěšnými albem Piece by Piece a její hity Nine Million Bicycles a The Closest Thing To Crazy se staly velmi úspěšnými a známými v celosvětovém měřítku. Následovalo album Pictures, které Katie Melua vyneslo mezi nejlepší umělce nového milénia. Gruzijská rodačka vyrazila na celosvětové turné, obdržela několik hudebních cen, zazpívala si s proslulou kapelou Queen a vystoupila v Buckinghamském paláci na slavnostní večeři britské královny Alžběty II. Spolupráce s Mikem Battem skončila po vydání jejího třetího alba.

V roce 2009 vyjela do Spojených států na akustické turné - jen s kytarou a pianem. Poté začala pracovat na nové desce pojmenované The House. Album, na němž se Katie Malua výrazně autorsky podílela, na hudební trh zamířilo v roce 2010. Písně, které deska obsahuje, jsou značně dramatické, s nebezpečnými a dobrodružnými prvky.