Закончила медицинский факультет Тартуского университета в 1987 году. В 1994 году стала доктором наук, защитив диссертацию по теме «Распространённость рассеянного склероза в Эстонии». Первое место работы в качестве невролога – Клиника неврологии Клиникума Тартуского университета, в 1999 году возглавила Неврологическую клинику Западно-Таллиннской центральной больницы и Центр Sclerosis multiplex. Повышала квалификацию в Неврологическом институте Национального госпиталя неврологии и нейрохирургии в Лондоне и в Неврологическом центре больницы Джонса Хопкинса в США.

Руководила несколькими проектами в области здравоохранения (Создание системы реабилитации больных с рассеянным склерозом в Эстонии; MS Key to Estonia) и опубликовала более 20 статей в научных изданиях. Была научным руководителем многих магистерских работ и трёх докторских диссертаций, с 2010 года работаю также  доцентом в ТТУ. Являюсь представителем Эстонии в Европейском комитете по исследованию и лечению рассеянного склероза. В 2008 году читатели Meditsiiniuudised  присвоили мне титул Врач года.

В 2019 году президент Эстонии вручила д-ру Катрин Гросс-Паю орден Эстонского Красного Креста III степени.