Karen Gomyo est née en 1982 à Tokyo au Japon et a grandi à Montréal où elle étudie dès son plus jeune âge le violon. Elle part ensuite à New York pour étudier à la Juilliard School à l’invitation de Dorothy DeLay.
À 15 ans, elle remporte les auditions internationales de Young Concert Artists.

En tant que soliste, elle a joué avec les principaux orchestres américains, y compris le New York Philharmonic, le L.A. Philharmonic, le San Francisco Symphony, le Philadelphia Orchestra et le Cleveland Orchestra. En Europe, elle a joué avec le Danish National Symphony, le Royal Liverpool Philharmonic, le Scottish Chamber Orchestra, le City of Birmingham Symphony Orchestra, le Radio-Sinfonieorchester Stuttgart, le Bamberger Symphoniker, le Mozarteum Orchester de Salzbourg, le Wiener Kammerorchester, le Tokyo Symphony, l’Orchestre Philharmonique de Hong Kong, l’Orchestre Symphonique de Taipei et le National Taiwan Symphony Orchestra. Elle fait également des apparitions régulières en Australie avec leurs principaux orchestres.

En 2014, un film documentaire sur Stradivarius intitulé «Les Mystères du violon suprême», dans lequel elle est violoniste et narratrice, a été diffusé dans le monde entier sur NHK World .
En 2015, Karen Gomyo a interprété la première américaine du Concerto pour violon «Mar’eh» de Matthias Pintscher avec la National Symphony de Washington DC et la direction du compositeur, au Kennedy Center.
Karen Gomyo est également acclamée pour son interprétation de la musique Nuevo Tango et joue avec Pablo Ziegler, pianiste de longue date d’Astor Piazzolla.
Karen Gomyo joue le Stradivarius «Ex Foulis» de 1703 prêté par un donateur privé.