Marianne Katharina Pick wurde in Wien in eine bürgerliche Familie geboren und studierte Rechts- und Staatswissenschaften in Heidelberg. 1918 schloss sie ihr Studium in Heidelberg ab, da dies in Wien zu diesem Zeitpunkt für Frauen noch nicht möglich war. 1921 heiratete sie den Journalisten Otto Leichter, mit dem gemeinsam sie zwei Söhne hatte. Schon während ihrer Studienzeit gehörte sie zu den führenden VertreterInnen der Linken um Friedrich Adler, die den Krieg ablehnten. Von 1919 bis 1925 war Käthe Leichter wissenschaftliche Mitarbeiterin Otto Bauers in der Staatskommission für Sozialisierung.

Ab 1925 bis zu ihrer Entlassung 1934 leitete sie das neue Referat für Frauenarbeit in der Wiener Arbeiterkammer. Sie betrieb Grundlagenforschung und veröffentlichte die Ergebnisse ihrer Studien in zahlreichen Artikeln und mehreren Büchern. 1927 erschien die erste große Untersuchung des Frauenreferats zum Thema "Frauenarbeit und Arbeiterinnenschutz in Österreich", die die Auswirkungen der Massenarbeitslosigkeit auf das Leben der Frauen thematisierte. 1930 wurde von ihr das "Handbuch der Frauenarbeit in Österreich" zusammengestellt, in dem führende Sozialdemokratinnen wie unter anderem Adelheid Popp, Anna Boschek, Gabriele Proft, Therese Schlesinger, ebenso wie Arbeiterinnen publizierten. Käthe Leichter bemühte sich in "Arbeit und Wirtschaft", dem gemeinsamen Zentralorgan der Arbeiterkammer und der Freien Gewerkschaften, eine eigene Beilage für Frauen durchzusetzen, was ihr 1927 gelang. Auch hier ließ sie nicht nur Funktionärinnen und Wissenschaftlerinnen, sondern auch Arbeiterinnen zu Wort kommen. In Zusammenarbeit mit Anna Boschek nutzte sie neue Medien wie das Radio, um eine möglichst breite Öffentlichkeit – vor allem neue Hörerinnen - mit ihren Arbeiten zu erreichen. Ab 1929 wurde eine halbstündige "Radiostunde für arbeitende Frauen" gesendet, die bis 1933 rund um das Thema Frauenarbeit regelmäßig ausgestrahlt wurde. Käthe Leichter wurde 1932 als erste Frau in den Betriebsrat der Arbeiterkammer gewählt.

Innerhalb der Sozialdemokratischen Arbeiterpartei (SDAPÖ) engagierte sie sich in der Frauenpolitik und dürfte gemeinsam mit Marianne Pollak und Therese Schlesinger, die die Frauenfragen betreffenden Punkte im sozialdemokratischen Linzer Parteiprogramm 1926 formuliert haben. Seit 1919 übernahm sie immer wieder Funktionen in der SDAPÖ – unter anderem in der Bezirksorganisation Innere Stadt und im Frauenzentralkomitee. Sie selbst betrachtete sich nicht als Teil der Frauenbewegung, obwohl ihre Schriften und Aktivitäten signifikant zum Wissen über Frauenerwerbstätigkeit beitrugen und sie sich für die Verbesserung der Frauenrechte einsetzte. Im Mittelpunkt ihrer politischen Aktivitäten stand auch die Auseinandersetzung mit dem Faschismus, wobei sie die abwartende Haltung der SDAPÖ-Führung kritisierte. Ab 1934 war sie ebenso wie ihr Mann in der Illegalität tätig. Die beiden gehörten zu den GründerInnen der Revolutionären Sozialisten. Käthe Leichter leitete in der illegalen Organisation zuerst das politische Bildungswesen, dann den Nachrichtendienst.

Als Sozialistin wurde sie im Zuge der Machtübernahme durch die Nationalsozialisten in Österreich am 30. Mai 1938 von der Gestapo verhaftet, 1939 wurde ihr von der Universität Heidelberg die Doktorwürde aberkannt, 1940 erfolgte die Deportation in das KZ Ravensbrück. Ihrem Mann und ihren Kindern gelang die Flucht aus Österreich. Als Jüdin wurde sie im März 1942 in der „Euthanasieanstalt“ Bernburg/Saale mit Giftgas ermordet.

Mehrere Preise und Orte wurden im Gedenken an sie eingerichtet oder benannt. Seit 1949 gibt es eine Käthe-Leichter-Gasse in Hietzing. 1988 wurde eine Wohnanlage im 13. Wiener Gemeindebezirk, Auhofstraße 152-156, nach ihr benannt. Der Käthe-Leichter-Preis, der Österreichische Staatspreis für die Frauengeschichte der Arbeiterinnen- und Arbeiterbewegung, wurde erstmals 1991 vergeben. An der Hausfassade des ehemaligen Büros von Käthe Leichter im ersten Wiener Bezirk, Ebendorferstraße 7, wurde 2006 eine Gedenktafel angebracht. 2013 wird durch die Universität Heidelberg die Doktorwürde von Käthe Leichter wiederhergestellt und der Entzug als "unerträgliches Unrecht" benannt. Ebenfalls 2013 beschäftigt sich das Kunstprojekt und die Ausstellung: "Ein Le(e.h.)rstuhl für Käthe Leichter" mit ihrem Leben und Wirken.