Katie Melua groeide op in Koetaisi, (Georgië), en later in Batoemi, gelegen aan de kust. Op achtjarige leeftijd verhuisde ze met haar ouders naar Belfast, Noord-Ierland en nog later naar Londen. Dit vanwege het beroep van haar vader, hartspecialist.In Londen ging Katie Melua naar de BRIT School for the Performing Arts & Technology. Deze door de muziekindustrie ondersteunde school staat bekend als leverancier van beroemde artiesten. In 2003 werd Katie Melua ontdekt tijdens een showcase door Mike Batt (zelf ook zanger en tekstschrijver, maar ook arrangeur en producent) die op zoek was naar een zangeres met aanleg voor jazz en blues.

Haar eerste album Call Off The Search werd in 2003 uitgebracht. Hierop staan twee nummers van haarzelf. Haar tweede album Piece By Piece kwam uit op 26 september 2005.

Op 19 maart 2005 kwam haar grootste droom uit door samen met overgebleven leden van de Britse rockband Queen 'Too Much Love Will Kill You' te spelen op een anti-AIDS-concert in Zuid-Afrika. Het concert bracht een recordbedrag in de strijd tegen AIDS/HIV op.

Op haar tweede album staat onder andere de single Nine Million Bicycles, dat zij zong tijdens het kerkelijk huwelijk van Prins Pieter-Christiaan met Prinses Anita in de Grote of St. Jeroenskerk te Noordwijk. Dankzij de extra aandacht die Melua door dit optreden kreeg, begon haar populariteit in Nederland en België toe te nemen.

In 2007 maakte Katie Melua haar opwachting tijdens het openingsgala van het North Sea Jazz Festival in Rotterdam, maar ook op het festival, waar ze in 2004 voor de eerste keer optrad (toen nog in Den Haag), zal ze een optreden verzorgen. Er werd gelijk gebruik van de gelegenheid gemaakt om een tegel op de Walk of Fame Europe in te wijden.

In november 2007 heeft ze tijdens Domino Day de eerste steen omgegooid. Op 8 december 2007 mocht zij een lied zingen op het Junior Eurovisie Songfestival 2007 in Rotterdam, Nederland.

Op 13 april 2008 trad ze op in Ahoy in Rotterdam, dat volledig uitverkocht was.

Katie Melua is nu bezig met haar 4e en nieuwste album. Dit wordt een live album. Deze zal op 15 mei uitkomen. De nummers op deze cd volgen hieronder: 1. Piece By Piece 2. Lilac Wine 3. Yellow Leaves 4. My Aphrodisiac Is You 5. Crawling Up A Hill 6. Mary Pickford 7. Blues In The Night 8. If You Were A Sailboat 9. Ghost Town 10. Perfect Circle 11. Spiders Web 12. Toy Collection 13. Scary Films 14. Mockingbird Song 15. The Closest Thing To Crazy 16. Nine Million Bicycles 17. On The Road Again 18. Kosmic Blues 19. I Cried For You

Katie Melua is nu bezig met haar vierde studio album die begin 2010 uit zal komen. Ondertussen mixt Mick Batt de Live CD.