Nata a Cluj-Napoca, importante centro culturale rumeno, luogo d'incontro di diverse popolazioni, Ana Caterina Morariu, figlia della ballerina Marineta Rodica Rotaru, si trasferisce in Italia da bambina. Ottiene la maturità scientifica ad Arezzo e si diploma al Centro Sperimentale di Cinematografia in recitazione nel 2002. Inizia una carriera a teatro e in diverse produzioni televisive. L'affascinante rumena si fa ben presto notare dai produttori sia televisivi che cinematografici. Sul piccolo schermo appare ne La fuga degli innocenti (2004), La tassinara (2004), La omicidi (2004) e Le cinque giornate di Milano (2004). Sempre nel 2004 è in Chi ci ferma più e nel 2005 ottiene la parte della ragazza di George Clooney in Ocean's Twelve, in parte girato in Italia. Dopo essere apparsa per Marco Tullio Giordana in Quando sei nato non puoi nasconderti (2005), è tra i protagonisti de Il mio miglior nemico di Carlo Verdone. Ha il ruolo di Cecilia la figlia del personaggio interpretato da Verdone, innamorata di Silvio Muccino. La parte le vale una nomination ai David di Donatello come miglior attrice protagonista.

Una carriera tra cinema e televisione
Labbra carnose, occhi profondi e volto dai tratti fini e morbidi, Ana Caterina Morariu ha tutte le carte in regola per diventare una delle attrici italiane del nuovo millennio. Le sue origini rumene aggiungono poi quel fascino dell'est che la differenzia piacevolmente da altre attrici. Tra le innumerevoli produzioni televisive in cui ha partecipato, ci sono De Gasperi, l'uomo della speranza (2005), La sacra famiglia (2006), Guerra e pace (2007) e soprattutto il noto Il commissario De Luca. Nel 2008 è nel film storico di Michele Soavi, Il sangue dei vinti, sullo scontro tra partigiani e repubblichini, accanto a Michele Placido e Barbora Bobulova. Nel 2008 era anche apparsa in Un attimo sospesi. Per Marco Serafini appare invece ne Il mistero del lago (2008), storia di fantasmi tratta dal romanzo di Henry James, Giro di vite.