1929-1935 m. Kauno meno mokykloje studijavo grafiką, o nuo ketvirtojo kurso - dar ir tapybą. 1937 m. dirbo konservatore M.K.Čiurlionio meno muziejuje Kaune. Gyveno iš atsitiktinių užsakymų, dirbo Palangos progimnazijos mokytoja.
Jautrios sielos menininkė savo valia pasitraukė iš gyvenimo, nesulaukusi nė 25 metų. Šiandien sunku pasakyti, kas nulėmė tokį desperatišką jos žingsnį: valdžios sprendimas neskirti stipendijos studijoms Prancūzijoje, skeptiškas visuomenės požiūris į moteris menininkes ar nelaiminga meilė.
Palaidota Petrašiūnų kapinėse. 1972 m. pastatytas antkapinis paminklas (skulpt. Juozas Kėdainis). Paliko apie 500 darbų: lino raižinių, eskizų, piešinių, paveikslų. Sukūrė iliustracijų knygoms: V. Tamulaičio „Kiškelio užrašai", Petro Cvirkos „Napalys bailys" (1936 m.), Ievos Simonaitytės „Aukštujų Šimonių likimas" (1936 m.) ir kt. Vertingiausi kūriniai: lino raižiniai „Motina" (1935 m.), „Ties medžiu", „Urtė" (1936 m.), „Bulves skuta", „Autoportretas" ir kt.
1937 m. pasaulinėje parodoje Paryžiuje geriausieji jos grafikos darbai apdovanoti aukso medaliu (po mirties). 1940 m. Kaune buvo surengta personalinė M. Katiliūtės darbų paroda.