여배우 세토 아사카가 출연한 <추신, 잘 지내요, 슌페이>의 로케 현장을 구경하다가, 이를 유심히 지켜보던 세토의 소속사 관계자가 그에게 명함을 건네면서 연예계와 인연을 맺었다. 2000년 <치아키, 한번 더 웃어>로 배우 데뷔.
CF와 드라마를 중심으로 활동하며 서서히 인지도를 높이던 중, 2004년 세계적인 연출가 니나가와 유키오에게 발탁되어 화제를 모았다. 다음해 2005년에도 연달아 니나가와 연극에 캐스팅되며 연기의 가능성을 인정받는다.
또 역시 2004년에 사카모토 준지 감독의 해양 블록버스터 <망국의 이지스>에서 원작 팬들 사이에서 인기가 높은 캐릭터로 캐스팅된다. 사카모토 감독 역시 배우 캐스팅에 선구안이 있는 것으로 잘 알려져 있는 인물. 4개월에 걸친 오디션을 통해 약 400명 중에 카츠지를 선택한 사카모토 감독은 "이미지가 강한 역이기 때문에 참신한 배우를 선택하고 싶었는데, 눈이 빛나고 목소리도 차분하고 좋았다"며 카츠지의 매력을 말했다.
그리고 이런 기대에 부응한 카츠지는 그 해 제29회 일본아카데미상 신인상을 수상하며 차세대 기대주로 급부상했다.