Debiutowała w 2003 roku w pomorskim Dzienniku Bałtyckim, dwa lata później związała się z Gazetą Wyborczą.
Przez ten czas pracowała jako reporterka newsowa, śledcza oraz korespondentka sądowa. Autorka ponad trzech tysięcy publikacji: informacji, wywiadów, reportaży.
Od grudnia 2017 roku reporterka Dużego Formatu, tygodnika Gazety Wyborczej. Koncentruje się na tematyce śledczej i społecznej.
Za reportaż Dom zły z czerwca 2017, w którym opisała polskiego Fritzla, została nominowana do wszystkich najważniejszych konkursów dziennikarskich i zdobyła prestiżową nagrodę Grand Press 2017 w kategorii Reportaż prasowy. Wyróżnienie to nie zakończyło dziennikarskiej pracy nad sprawą. Dziewięć miesięcy później ujawniła kim byli pozostali gwałciciele Ewy. Wkrótce wszyscy trzej trafili do aresztu. Na początku lipca 2020 zakończył się ich proces – zostali skazani na bezwzględne więzienie.
Inny tekst Katarzyny Włodkowskiej – o pierwszej polskiej zakonnicy, która pozwała swoje zgromadzenie – został przedrukowany przez magazyn Reportagen, ukazujący się na rynku niemieckim, austriackim i szwajcarskim. Wcześniej Reportagen opublikował reportaże tylko dwóch polskich autorów.
W kwietniu 2018 została nagrodzona za cykl tekstów o przemocy wobec kobiet. Osiem miesięcy później, jako jedyna, przeprowadziła wywiad z matką zabójcy prezydenta Gdańska Pawła Adamowicza.
Jest też współautorką reportażu (z Katarzyną Surmiak-Domańską), ujawniającego, że Marek Lisiński, założyciel Fundacji Nie Lękajcie Się, walczącej z kościelną pedofilią, wyłudził od jednej z ofiar pieniądze i najpewniej nigdy nie był molestowany (tekst został nominowany do Nagrody im. Dariusza Fikusa w kategorii dziennikarstwo najwyższej próby).
W styczniu 2020 pokazała manipulacje prokuratury przy śledztwie przeciwko zabójcy Pawła Adamowicza. W efekcie – ta sama prokuratura – wszczęła kolejne śledztwo, tylko tym razem w sprawie reportażu Katarzyny Włodkowskiej. Na tę decyzję zareagowały międzynarodowe organizacje monitorujące wolność prasy – m.in. Reporterzy Bez Granic i Article 19.
W kolejnym roku sąd – na wniosek prokuratury – zgodził się zdjąć z Włodkowskiej obowiązek zachowania tajemnicy dziennikarskiej. Choć groził jej areszt, odmówiła podania personaliów informatora.
We wrześniu 2022 roku ukazała się jej książka Na oczach wszystkich. Historia przypadku polskiego Fritzla.
Felietonistka magazynu psychologicznego Charaktery. Na Uniwersytecie SWPS uczy sztuki reportażu.
W 2023 roku ukończyła studia podyplomowe na kierunku psychotraumatologia.