Né le 8 décembre 1968, Philippe Katerine grandit à Chantonnay en Vendée, dans une famille catholique et traditionnelle. Il s'intéresse très tôt aux arts et plus particulièrement à la musique. Jouant en dilettante dans des groupes d'influence anglo-saxonne pendant son adolescence, Katerine pratique également le basket-ball à haut niveau. Il se découvre une passion pour la composition après l'achat d'un magnétophone 4 pistes. Il commence à enregistrer des chansons dans sa chambre tout en exerçant une activité professionnelle. Ses proches l'encouragent à faire connaître son travail. Il suit à l'Université Rennes 2 des études d'arts plastique dans le milieu des années 1980 après avoir obtenu son baccalauréat.
Il entame sa carrière en novembre 1991, en sortant Les Mariages chinois, un premier album réédité en 1992 avec un titre supplémentaire, sous le titre Les mariages chinois et la relecture. Angoissé et très peu sûr de son travail, Katerine compose et enregistre presque tout seul chez lui. Traumatisé par sa première prestation de chanteur, il sort en 1994 l'album L'éducation anglaise sur lequel sa soeur Bruno et sa compagne Anne assurent le chant. Philippe Katerine commence à être reconnu, hors du circuit commercial.Il est aussi papa d'une grande fille de 17 ans.
En 1995, il travaille sur son troisième album et connaît une évolution importante durant un an. Il s'ouvre à d'autres musiciens et chante lui-même ses textes. L'album Mes mauvaises fréquentations sort en 1996 et prend une dimension plus importante grâce à une orchestration plus riche et plusieurs voix. L'album, qui est très bien accueilli par le public et la critique, est suivi d'une tournée. Il travaille cette année là aussi sur l'album de Mercedes Audras qui sortira en 1996 et dont il est, pour la première fois, réalisateur.
En 1997, il compose un album pour deux chanteuses anglo-japonaises, les Soeurs Winchester et participe également à un disque où il rencontre les musiciens de jazz du groupe The Recyclers avec qui il travaillera par la suite.
Toujours insatisfait de son travail, il compose en parallèle L'Homme à trois mains et Les Créatures. Le premier est interprété et enregistré comme à son habitude, seul chez lui avec des moyens dérisoires, alors que le second l'est avec les Recyclers, dans des conditions plus « conventionnelles ». Les deux albums sont édités ensemble et marquent un réel tournant dans la carrière de Philippe Katerine.
Il joue alors le jeu des médias et de la promotion, et le titre Je vous emmerde est diffusé à la radio. Toujours angoissé, il tire néanmoins une grande satisfaction de sa collaboration avec les The Recyclers. Ces musiciens d'un univers différent le fascinent par leur manière de travailler et leur rapport à l'improvisation. Katerine estime que cette collaboration lui a permis d'intégrer de nouvelles manières de travailler, et d'intégrer l'improvisation dans sa méthode de travail.
Il compose Une histoire d'amour pour
Anna Karina en 1999. S'ensuit une tournée triomphale avec son actrice préférée, tournée pendant laquelle une soirée hommage à Anna Karina est notamment organisée par la Cinémathèque de Vendée à La Roche-sur-Yon, en présence de la comédienne et du chanteur vendéen. Les deux artistes livrent alors un mini concert avant de visionner avec le public les films
Pierrot le fou de
Jean-Luc Godard et Vivre ensemble d'Anna Karina. Il assouvit sa grande passion pour le cinéma en participant à plusieurs films. En 2000, il joue ainsi dans un court métrage de Thierry Jousse, Nom de code : Sacha. À la même époque il écrit le titre Ma Rencontre pour l'album The Sssound of Mmmusic de
Bertrand Burgalat et, en 2001, il compose la musique d' Azul, le nouvel album de sa compagne
Helena.
En 2002, il retourne en studio avec Recyclers et enregistre 8ème ciel. Il affirme se sentir plus libre et libéré d'un poids. Dans le même temps, il apparaît dans le film La Vérité sur Charlie de
Jonathan Demme et compose la musique de
Un Homme, un vrai, un film des frères Larrieu. En tournée en 2003, il se lance dans la réalisation d'un court métrage, Un kilomètre à Pied, et d'un long métrage, Peau de cochon, sorti en avril 2005 chez Malavida Films. En 2005, il a des seconds rôles dans Peindre ou faire l'amour des frères Larrieu et Les Invisibles de Thierry Jousse. Toujours en 2005, il est sollicité par le groupe londonien de hip-hop electro The Herbaliser et écrit le texte Serge, un hommage à
Serge Gainsbourg, qui figure sur l'album Take London.
Son album Robots après tout, sort en 2005. Popularisé par le tube Louxor j'adore, il est composé par Katerine et mis en forme avec l'aide de Gonzales et Renaud Letang. Le style est cette fois-ci tourné vers les musiques électroniques. Le titre fait d'ailleurs référence à Human After All de Daft Punk. Cet album lui permet d'élargir son public au-delà du cercle de ses habitués et d'être nommé aux Victoires de la musique 2006 (dans la catégorie album révélation de l'année). La sortie de cet album est accompagnée d'une tournée pour laquelle Katerine fait appel à une bonne partie du « meilleur groupe du monde » selon lui, The Little Rabbits, rebaptisés « La secte humaine » pour l'occasion. On retrouve donc
Federico Pellegrini à la guitare (remplacé par la suite par le vieux complice de Katerine Philippe Eveno), Gaëtan Chataigner à la basse, Eric Pifeteau à la batterie et Stéphane Louvain à la guitare. Parallèlement, Katerine monte un spectacle chorégraphié par Mathilde Monnier autour de ce disque. Cette création de danse contemporaine est présentée à Montpellier, à Alès, au Cratère - scène nationale et à Paris, au Centre Pompidou, en juillet 2006.
Le 30 octobre 2006, à la suite d'un concert donné à l'Olympia, Philippe Katerine se voit remettre par sa maison de disque un disque d'or pour son album Robots après tout. Cette année-là, il compose aussi les titres Le lycée et La Tortue pour Christophe Willem, le gagnant de la Nouvelle Star.
En septembre 2007, Philippe Katerine accepte d'être le parrain de l'opération CQFD, organisée par l'hebdomadaire Les Inrockuptibles et destinée à découvrir de jeunes talents musicaux sur Internet. Philippe Katerine participe au film de Thierry Jousse, Je suis un no man's land, dont il signe également la bande originale. Il est également à l'affiche du nouveau long métrage de
Philippe Ramos, Capitaine Achab.
En 2007, l'orchestre du saxophoniste Alban Darche, le Gros Cube, sort le disque Le Pax, sur le label nantais Yolk Records. Il s'agit d'un album de reprises de chansons ré-orchestrées de Katerine, auquel il participe. En novembre 2007, Katerine publie son premier livre Doublez votre mémoire (Denoël), qualifié de « journal graphique ». Il sort également son premier DVD live (Borderlive), accompagné de Studiolive, interprétation en groupe de son disque Robots après tout enregistrée en un jour en studio et sans public.
Ayant épousé le président du Groland, il incarne la présidente du 4ème festival du film grolandais de Quend-Plage-les-pins le 19 au 21 septembre 2008.
En 2009, il chante Le Grand Sommeil en duo avec Étienne Daho, lors du Prix Constantin 2009, puis en version single, extraite de l'album Daho Pleyel Paris.
Il publie des reprises de chansons sur le site Katerine, Francis et ses peintres. Depuis un peu plus d'un an il vit en couple avec
Julie Depardieu, rencontrée sur le tournage de Je suis un no man's land. Ils attendent un enfant pour 2011.