Fue nieta de Justo Sierra Méndez e hija de Manuel Sierra y Margarita Casasús Altamirano. Hizo la licenciatura en Ciencias Sociales en el Colegio de México y realizó los mismos estudios después, en la Universidad de Columbia, de Nueva York. Fue coordinadora de las Obras completas de Justo Sierra, publicadas por la Universidad Nacional Autónoma de México y de las Obras completas de Ignacio Manuel Altamirano, publicadas por el Consejo Nacional para la Cultura y las Artes. Impartió clases en la Facultad de Filosofía y Letras de la unam. Perteneció al grupo de intelectuales conformado por Javier Barros Sierra, su primo hermano, Vicente Rojo, Tito Monterroso y Bárbara Jacobs, entre otros.

Catalina Sierra Casasús, ensayista, historiadora y editora, publicó un libro sobre historia de nuestro país y varios estudios sobre el trabajo literario, político y periodístico de escritores y políticos mexicanos del siglo xix. En El nacimiento de México hace un estudio de las condiciones económicas, geográficas, sociales, demográficas y jurídicas en las que se encontraba el país en el momento de firmarse los tratados de independencia en 1821. Se ocupó de la edición del Epistolario y de La sucesión presidencial en 1910 de Francisco I. Madero. Hizo el seguimiento pormenorizado de los textos periodísticos de Francisco Zarco que acompañaron a la Crónica del Congreso Extraordinario Constituyente, los cuales aparecieron en el diario El Siglo xix, cuando se entablaron los debates para la promulgación de la Constitución de 1857. Abordó el aspecto literario y periodístico de figuras que le eran muy familiares: Sierra y Altamirano, cuando se ocupó de la edición de sus Obras completas.