Η Κατερίνα Νοτοπούλου αποτελεί μέλος του [[Συνασπισμός Ριζοσπαστικής Αριστεράς|ΣΥΡΙΖΑ]] από το 2010. Έχει διατελέσει, επί σειρά ετών, μέλος της Κεντρικής Επιτροπής του κόμματος ενώ ήταν υποψήφια στη [[Εκλογική περιφέρεια Α΄ Θεσσαλονίκης|Α' Θεσσαλονίκης]], χωρίς να καταφέρει να εκλεγεί.
Διετέλεσε μέλος της αυτοδιοικητικής παράταξης του ΣΥ.ΡΙΖ.Α. στο δήμο Θεσσαλονίκης, «Θεσσαλονίκη Ανοιχτή Πόλη» και εκπρόσωπος Τύπου της παράταξης για τις [[Ελληνικές αυτοδιοικητικές εκλογές 2014|δημοτικές εκλογές του 2014]].<ref name=":0" />
Από το 2016 έως το 2018 ήταν προϊσταμένη του γραφείου της Γενικής Γραμματείας του πρωθυπουργού [[Αλέξης Τσίπρας|Αλέξη Τσίπρα]] στη Θεσσαλονίκη.<ref name=":0" /><ref>[http://www.stokokkino.gr/article/1000000000048805/THessaloniki-I-K-Notopoulou-suntonistria-tou-parartimatos-tou-grafeiou-tou-prothupourgou Θεσσαλονίκη: Η Κ. Νοτοπούλου συντονίστρια του παραρτήματος του γραφείου του πρωθυπουργού]</ref><ref>[http://www.iefimerida.gr/news/302431/ayti-einai-i-28hroni-poy-analamvanei-grafeio-toy-prothypoyrgoy-sti-thessaloniki Αυτή είναι η 28χρονη που αναλαμβάνει το γραφείο του πρωθυπουργού στη Θεσσαλονίκη]</ref>
Στο δεύτερο ανασχηματισμό της [[Κυβέρνηση Αλέξη Τσίπρα Σεπτεμβρίου 2015|κυβέρνησης Αλέξη Τσίπρα Σεπτεμβρίου 2015]], o οποίoς πραγματοποιήθηκε στις 29 Αυγούστου 2018, διαδέχτηκε τη [[Μαρία Κόλλια - Τσαρουχά]] στη θέση της [[Υφυπουργείο Μακεδονίας-Θράκης|υφυπουργού Μακεδονίας-Θράκης]],<ref>[http://www.ggk.gov.gr/?p=4915 Κυβέρνησις ΑΛΕΞΙΟΥ Π. ΤΣΙΠΡΑ]</ref><ref>[http://www.voria.gr/article/nea-ifipourgos-makedonias---thrakis-i-katerina-notopoulou Νέα υφυπουργός Μακεδονίας-Θράκης η Κατερίνα Νοτοπούλου]</ref> αξίωμα που διατήρησε μέχρι τις 15 Φεβρουαρίου 2019.
Είναι υποψήφια με τον ΣΥΡΙΖΑ για τη δημαρχία της Θεσσαλονίκης στις [[Ελληνικές αυτοδιοικητικές εκλογές 2019|δημοτικές εκλογές του 2019]].<ref>{{Cite web|url=https://www.newsit.gr/politikh/syriza-leykos-kapnos-gia-ypopsifiotites-notopoulou-mpelavila/2667710/|title=Νοτοπούλου - Μπελαβίλας οι υποψήφιοι του ΣΥΡΙΖΑ|last=Newsroom|first=Newsit|ημερομηνία=2018-11-28|website=Newsit.gr|language=el|accessdate=2018-12-04T20:09:33Z}}</ref>
