Ebstein wuchs in West-Berlin auf. Nach dem Abitur studierte sie Archäologie und Romanistik. Zwischen Jazz- und Liedermacher-Szene sang sie bisweilen in Studenten- und Künstlerkneipen. 1964 engagierte der Sender Freies Berlin Katja Ebstein zusammen mit drei Begleitmusikern, unter anderem Bodo von Greiff, für die ARD-Sendung Marmeladentopf. In der Gruppierung Die Kreuzberger sang sie den spanischen Fandango de Huelva. Der bekannte Berliner Komponist und Produzent Heino Gaze wurde auf sie aufmerksam. Nachdem sie sich durch Backgroundgesang bei seinen Produktionen bewährt hatte, produzierte er ihre ersten beiden Singles unter dem Künstlernamen „Katja“, die aber erfolglos blieben. 1966 nahm sie, ebenfalls mit mäßigem Erfolg, am Schlagerfestival im belgischen Knokke teil und beschränkte sich daher zunächst auf Background-Gesang für andere Produktionen und kleinere Auftritte.
Noch durch Gaze lernte sie um 1967 den Komponisten, Produzenten und ihren späteren Lebensgefährten und ersten Ehemann Christian Bruhn kennen, der von nun an ihre Produktionen begleitete. Auf dem Festival Chanson Folklore International auf Burg Waldeck im Hunsrück traf sie auf Siegfried Loch, den damaligen Deutschlandchef der US-amerikanischen Schallplattenfirma Liberty/United Artists, die nach neuen Talenten für den internationalen Markt suchte. Er ermöglichte ihr den Abschluss eines festen Vertrags bei Liberty/United Artists Records mit Sitz in München.
Nach Achtungserfolgen mit den beiden ersten Singles Der Draht in der Sonne und ...und wenn der Regen fällt und ihrem ersten Fernsehauftritt als „Katja Ebstein“ im April 1969 in der Sendung Sing and swing – Ein Abend mit internationalen Gaststars, erschien im Herbst 1969 die erste LP Katja, insbesondere promotet durch die Jugendzeitschrift Twen und das von Truck Branss, dem Macher der ZDF-Hitparade, produzierte Fernsehporträt Katja – Die Stimme, das allerdings erst 1970 nach ihrer erfolgreichen Teilnahme an der Vorentscheidung zum Grand Prix Eurovision de la Chanson ausgestrahlt wurde. Im Spätherbst 1969 sang sie mit Wovon träumt ein Weihnachtsbaum im Mai den deutschen Original-Soundtrack des Titels Do You Know How Christmas Trees Are Grown? der Sängerin Nina aus dem James Bond-Film Im Geheimdienst Ihrer Majestät und war mit der zugehörigen Single-A-Seite Warum ist die Welt so schön erstmals häufiger im deutschen Fernsehen präsent.