Käthe Dorsch erhielt 1919 am Berliner Residenztheater ein Engagement. Bis 1938 spielte sie an verschiedenen Berliner Theatern: Volksbühne, Deutsches Theater, Schauspielhaus. 1939 ging sie ans Burgtheater nach Wien. Seit 1951 war Käthe Dorsch am Schiller- und Schloßpark-Theater in Berlin engagiert. Dann ging sie zu Gustaf Gründgens nach Düsseldorf. Sie spielte u.a. A. Schnitzlers Christine (1922), Maria Stuart (1933), die Kameliendame (1937), F. Bruckners Elisabeth (1953). Während der dreißiger Jahre war sie auch beim Film ein Star. Ihre erste große Tonfilmrolle spielte sie als "Die Lindenwirtin" (1930, Jacoby), dann "Drei Tage Liebe" (1931, Hilpert), "Eine Frau ohne Bedeutung" (1936, Steinhoff), "Komödianten" (1941, Pabst), "Das Kuckucksnest" (1948, Firner), "Regine" (1956, H. Braun).