Käthe Bitt wurde am 12. Februar 1900 in Berlin-Schönberg als zweite Tochter der Eheleute Elsa und Fritz Bitt geboren. Nach der Scheidung ihrer Eltern zieht sie mit ihrer Mutter in die Kleinstadt Bad Doberan. 1906 heiratet die Mutter den Chemiker und Apotheker Dr. Glaser von dem sie vier Jahre später wird ein Kind, Käthes Halbschwester Lili, bekommt. Nach Beendigung ihrer Schulzeit in der höheren Töchterschule, erhielt Käthe von 1914-1916 bei dem Doberaner Maler und Grafiker Rudolf Sieger, einem Corinth-Schüler, Zeichenunterricht. Im Jahre 1916 zieht sie zur Großmutter nach Rostock und bekam Privatunterricht in Kunst- und Literaturgeschichte. Bis 1918 besuchte sie den Zeichenunterricht an der Rostocker Gewerbeschule und nimmt Tanzstunden.

Als Patientin lernt Käthe Bitt den Zahnarzt Peter Paul-Diehn kennen und heiratet ihn im Jahre 1919. Von nun an nennt sie sich Kate Diehn-Bitt. Am 14. Juni 1920 wird ihr gemeinsamer Sohn Jürnjacob geboren.
In den Jahren von 1923 bis 1925 hielt Kate Diehn-Bitt Kontakt zu Emil Orlik, Prof. für Grafik an der Vereinigten Staatsschule für Freie und Angewandte Kunst Berlin. Orlik riet ihr zu einem „ehrlichen Naturstudium und dem Zeichnen vor dem Spiegel“. 1928 wird sie aus Altersgründen an der Staatlichen Kunstakademie in Dresden abgewiesen. Sie nimmt von 1929-1931 an der privaten Kunstakademie von Hofrat Prof. Ernst Oskar Simonson-Castelli  Zeichen- und Malunterricht. Hier studiert sie, meist in den Wintermonaten, während ihre fünf Jahre ältere Schwester Annemarie sich um ihren Sohn kümmert. Kate Diehn-Bitt bewohnte gemeinsam mit ihrem Freund Hans Sieger, dem Sohn ihres früheren Zeichenlehrers, eine kleine Wohnung im Künstlerviertel von Dresden.

1931 richtet sich Kate Diehn-Bitt ihr erstes Atelier am Rostocker Brink ein. Bereits ein Jahr später entsteht ihre erste größere Malerei, das „Selbstbildnis in schwarzer Unterwäsche“. Im Jahr 1934 wurden ihre Kunstwerke, für eine gemeinsame Ausstellung Rostocker Künstler ausgewählt, jedoch vom nationalsozialistischen  „Kampfbund für Deutsche Kultur“ zurückgewiesen und als „artfremd“ bezeichnet. Gemeinsam mit Hertha von Gutenberg stellt  Kathe Diehn-Bitt noch im Mai 1935 in der bekannten Berliner Galerie Gurlitt aus. Als Gast in der Frühjahrsausstellung der Vereinigung Rostocker Künstler erhielt sie einen eigenen Raum für ihre Kunstwerke. Diese war ihre vorerst letzte öffentliche Ausstellung. Aufgrund ihres jüdischen Stiefvaters wurde Kate Diehn-Bitt nicht Mitglied der Reichskunstkammer, was einem Ausstellungsverbot gleichkam. In den Jahren 1937 und 1938 wurden ihr unter Hinweis auf ihren jüdischen Stiefvater keine Malmaterialien mehr verkauft. Rostocker Malerkollegen und Freunde unterstützten sie. Ihr Stiefvater, Dr. Leo Glaser, wird 1938 nach der Reichspogromnacht kurze Zeit inhaftiert und anschließend unter Gestapo-Aufsicht gestellt. Im Jahre 1941 gelingt Kate Diehn-Bitts Halbschwester gemeinsam mit ihrem Mann die Ausreise in die USA.
Nach ihrer Genesung von einer schweren Typhuskrankheit und dem Zusammenbruch des NS-Regimes im Sommer 1945, nimmt Kate Diehn-Bitt an der Ausstellung mecklenburgischer Künstler in Schwerin teil. Sie wird Mitbegründerin des Kulturbundes zur demokratischen Erneuerung Deutschlands in Rostock und Vorsitzende der Rostocker Sektion für Bildende Kunst. Zusammen mit der Bildhauerin Margarete Scheel und dem Maler Claus Kreuzberg gründete sie die Sparte Bildende Kunst in der Gewerkschaft 17 „Kunst und Schrifttum“ des Freien Deutschen Gewerkschaftsbundes. 1946 zeigt sie in der Ersten Allgemeinen Kunstausstellung in Dresden u.a. das Gemälde „Singende Mädchen“. Bereits im Jahre 1947 richtet das damalige Schweriner Landesmuseum ihre erste Personalausstellung aus. Nach erfolglosen Teilnahmen an Wettbewerben für Mosaikwandbilder und - stelen zieht sich Kate Diehn-Bitt Ende 1950 aus ihren Funktionen zurück und fällt in eine länger andauernde Schaffenskrise.

Ab 1952 beginnt sie Pastelle zu zeichnen und es entstehen große Collagen zu Stoffen der biblischen Geschichte. Zu Beginn des Jahres 1957 beginnt Kate Diehn-Bitt mit Farb-und Aquarellstiften zu zeichnen, da sie Schwierigkeiten hat, stehend an der Staffelei zu arbeiten. In dieser Technik entsteht ein reiches Spätwerk an Arbeiten mit Themen aus ihrem Umfeld. In diesen Zeichnungen, von denen einige für die kleine Caféausstellung ausgewählt wurden, kann der Betrachter Alltägliches sehen. Kate Diehn-Bitt arbeitet in dieser Zeit vorwiegend mit hellen und freundlichen Farben und zeichnet humorvoll persönliche Erlebnisse. Mit den 1968 in Greifswald und Stralsund stattfindenden Ausstellungen, die auf Initiative des Bildhauers Joachim Jastram, des Malers Lothar Mannewitz und des Greifswalder Kunsterziehungsdozenten Dr. Günter Regel zurückgingen, beginnt eine Neuentdeckung des Gesamtwerkes der Künstlerin Kate Diehn-Bitt. Am 22. Februar 1970 stirbt ihr Mann Peter Paul Diehn und sie stürzt in eine tiefe Depression. Im gleichen Jahr findet in der Kunsthalle Rostock die bis dahin umfangreichste  Personalausstellung statt. Bis 1978 weilt sie wegen wachsender Depressionen und einem sich verschlechternden Allgemeinzustand mehrmals für längere Zeit im Klinikum Gehlsdorf. Hier entsteht ein teilweise von starken Ausdrucksschwankungen gekennzeichnetes Alterswerk mit Collagen, die vorwiegend auf dem Krankenbett gefertigt wurden.

Am 23.Oktober 1978 stirbt Kate Diehn-Bitt im Klinikum Rostock-Gehlsdorf. Nach ihrem Tod wurden in der Rostocker Galerie am Boulevard 1980, 1983 und 1985 Verkaufsausstellungen mit Werken der Künstlerin Kate Diehn-Bitt durchgeführt. Die Aquarellstiftzeichnung „Pieter, Kate und Felix, Herbstanfang“ wurde in der ersten Ausstellung gezeigt und 1990 von der Kunsthalle Rostock erworben. Zu Ehren ihres 100. Geburtstages fand im Jahr 2000 eine Ausstellung im Roten Pavilion in Bad Doberan und in der St. Marienkirche in Rostock statt. Eine große und umfangreiche Retrospektive des Werkes von Kate Diehn-Bitt wurde 2002 in der Kunsthalle Rostock gezeigt, zu der auch ein umfassender Katalog herausgegeben wurde. Weitere Ausstellungen waren 2003 im Kunstkaten Ahrenshoop, 2006 in der Galerie Hebecker in Weimar und 2016 im Kunstmuseum Ahrenshoop zu sehen.