Dienes Kató a Dienes család rövid történetében vázlatosan bemutatott nyolc testvér közül a legfiatalabb volt. 1900. március 28-án született Debrecenben, a Simonyi út 16. (ma: 2.) szám alatti Dienes villában.
Dienes Lajos írta Katóról visszaemlékezéseiben: „Kató kicsi korában a testvérei közül hozzám és Pálhoz állt a legközelebb. A legaranyosabb gyerek volt: tőle tanultam meg, mennyire szeretetre méltó lehet egy kisgyermek. Rendkívül intelligens volt, tele élettel és vidámsággal. Saját tulajdonaként tekintett ránk és borzasztóan élvezte, amikor játszottunk vele. Pál is, én is imádtuk. Később élete alakításában is követte a fiukat, tanult és minden iránt érdeklődött.”

Leánygimnázium akkor – az 1910-es évek elején – még nem volt a városban, így a minden iránt érdeklődő, tanulni vágyó Kató, öt bátyjához hasonlóan, 12 éves korától a kollégium gimnáziumában volt először magán, majd rendes tanuló. Negyven fiú között egyetlen lányként osztályának legjobb diákja lett, ezen a címen ötödikes koruktól Szabó Lőrinccel, a későbbi kiváló költővel osztozott. A kollégiumban nem o volt az egyedüli lány: fölötte egy évvel járt például legjobb barátnője, Révész Ágnes (aki akkor már a Dienes-házban lakott édesanyjával), alatta egy évvel pedig Gulyás Margit, aki szintén a baráti körhöz tartozott.

A debreceni kollégium 1910 és 1918 között végzett osztálya egyébként is kivételes volt: a Németh László által később “nagy osztály”-ként emlegetett társaságból annyi híres és neves ember került ki, amennyi addig (és talán azóta sem) még soha. A már említett Szabó Lőrincen kívül Kató osztálytársa volt például Gulyás Pál költő, Békés István író, Törő Imre orvosprofesszor, Bay Zoltán, világhírűvé vált fizikus. Mindegyikükkel halálukig, haláláig tartotta a baráti kapcsolatot.

A Simonyi úti Dienes-villa már Kató gimnazista kora előtt modern irodalmi szalonként működött, bátyjainak, elsősorban Pálnak, majd a legkisebb fiúnak, Barnusnak köszönhetően. Barnus osztálytársai – mint Juhász Géza (később irodalomtörténész professzor, Gulyás Margit férje), Beczkóy József (később gépészmérnök, Révész Ágnes férje), Czellár Ferenc (később gépészmérnök, Dienes Kató férje) – állandó vendégei voltak a háznak még akkor is, amikor már Kató osztálytársai voltak főként a látogatók. Nagy Ady-rajongók voltak, de az irodalmon kívül a zene is jelentős szerepet játszott az összejöveteleken.

Szabó Lőrinc első (reménytelen) szerelme volt Dienes Kató. Tücsökzene című, önéletrajzi versciklusában így ír a Dienes-házról és Katóról:

Nagy fejem volt, búsúltam, mint a ló. –
Hogy mást szeretett Dienes Kató,
azzal eleve számoltam, hiszen
menyasszony volt, mikor az életem
az övéhez kanyarodott…
…………………………..
… Ekkortájt a szívem
legsűrűbben már mégis, azt hiszem,
a Dienes-lányról mondott le a
diák-pajtásról… Ősz volt, még kora
délután, vasárnapi… S hirtelen
nyílt az ajtónk: Laci a küszöbön,
Béber. Megnézett. S: „gyere”, szólt, „de – végy
Más nyakkendőt!” „Hova?” – „Dienesék.”

Ettől kezdve Katóék háza lett
a sugárzó központ. A képzelet
megtalálta misztikus otthonát,
s Debrecen elsüllyedt. Hat napon át
csak azt vártam, csak a hetediket,
hogy megint ott, megint nála legyek,
megint édes igézetében a
jövőnek, ott, ahol vers, muzsika,
modernség várt…
…………………………..

…És aki
mindezt adta, s később nap nap után
vendégül látott: lehetett a lány,
aki szép volt, komoly, és Pesten járt
(s ismerte Adyt, s tegezte „Mihályt”,
Babitsot), o, ki fény volt, s révület:
lehetett-e istennél kevesebb?

Kató a nyári szünetek egy részét legtöbbször Budapesten töltötte valamelyik bátyjánál, leginkább Páléknál. Náluk ismerte meg Babitsot, akivel szintén életre szóló barátságot kötött. A húszas, harmincas években férjével, Czellár Ferenccel és idősebb lányukkal, Ágnessel gyakori vendégei voltak az esztergomi Babits-háznak.

Katónak, bátyjaihoz hasonlóan, jó nyelvérzéke volt, több nyelven beszélt és olvasott már gimnazista korában. Érettségi után beiratkozott az egyetemre: először Budapesten tanult klasszika-filológiát, majd átiratkozott a debreceni egyetemre és ott szerzett latin-görög tanári oklevelet. Noha nagyon szeretett tanítani, iskolában sohasem kapott állást: a két háború között azért, mert bátyjai részt vettek az 1919-es eseményekben, a II. világháború után pedig azért, mert idősebbik lánya és családja nyugatra „disszidált”. 1925 és 1944 között azonban mindig voltak magántanítványai.

Kató 1919-ben ment feleségül legfiatalabb bátyja, Barnus egykori osztálytársához, Czellár Ferenchez, akit kisgyerek kora óta ismert és akivel sok éve jó barátságban voltak. Két lányuk született: Ágnes 1920-ban és Katalin (Nelli) 1933-ban. Ok is követték a „Dienes-vonalat” sokirányú érdeklődésükkel és tanulni vágyásukkal.

Dienes Kató 1979-ben halt meg, 5 nappal 60 éves házassági évfordulójuk előtt. Férje, Czellár Ferenc egy évvel élte túl.