イタリア人の父親と日本人の母親を持つハーフ。神奈川県横浜市で生まれ、５歳までイタリアのナポリで暮らしたのち、鹿児島県鹿児島市で育った。県立鹿児島西高校１年の頃に、モデルとして芸能活動を開始。高校卒業と同時に上京し、2004年、リクルート『ゼクシィ』のCMで注目を浴びる。同年４月よりNHK教育『イタリア語会話』に生徒役として出演したほか、フジテレビ『めざましテレビ』では“早耳トレンドNO.1”コーナーでリポーターをつとめた。05年、源孝志監督「tokyo tower」で、松本潤の恋人・由利役で女優デビュー。記憶喪失の少女を演じた丹野雅仁監督「イツカ波ノ彼方ニ」05などを経て、06年は加藤にとっての映画イヤーとなった。ソルトレーク五輪に出場したカーリング女子日本代表チームがモデルの佐藤祐市監督「シムソンズ」に主演。撮影前に特訓を積み、お調子者だが憎めない主将を好演した。美少女サーファーに扮した「キャッチ・ア・ウェーブ」や、伊坂幸太郎原作の「陽気なギャングが地球を回す」、恩田陸原作の「夜のピクニック」と人気作家の原作ものに続き、11年間眠り続ける姉と12歳の妹との束の間の交流を描いたウスイヒロシ監督「いちばんきれいな水」では、心は無邪気な８歳の頃のままの姉という難役を伸びやかに演じ、精神年齢が逆転してしまった妹役の菅野莉央と抜群の相性を見せた。その後も、主人公の恋人のフィギュアスケートのコーチを愛らしく演じた「スマイル・聖夜の奇跡」07、心ならずもデスメタルバンドのボーカルとなった青年の苦悩を倍増させる憧れの女性役で名コメディエンヌぶりを見せた「デトロイト・メタル・シティ」08などで、単なる相手役に留まらぬ個性を覗かせ、長澤雅彦監督「天国はまだ遠く」08では、自殺志願者という陰のあるヒロイン役にも挑んだ。ドラマも、合宿の末に見事なチアダンスを披露したフジテレビ『ダンドリ。／Dance☆Drill』06で連ドラ初レギュラー出演後、同局『役者魂！』06、『CHANGE』08、テレビ朝日『女帝』07、日本テレビ『プロゴルファー花』10、TBS『冬のサクラ』11などコンスタントに出演。バラエティ番組や数々のCMでも活躍する中、11年6月にサッカー日本代表の松井大輔との結婚を発表した。