Karin Overhage kam am 8. Oktober 1942 in Essen zur Welt. Mit der Ausbildung zur Chemielaborantin nach dem Realschulabschluss 1959 begann ihr gewerkschaftliches Engagement als örtliche Jugendvertreterin der IG Chemie-Papier-Keramik. Nach Beendigung der Ausbildung 1963 erhielt sie die Möglichkeit, an der Akademie für Arbeit in Frankfurt zu studieren; anschließend wurde sie Gewerkschaftssekretärin in der Bildungsabteilung bei der IG Metall.
Ab 1970 studierte die inzwischen verheiratete Karin Benz-Overhage zunächst berufsbegleitend, ab 1972 dann in Vollzeit Soziologie, Volkswirtschaft, Politikwissenschaft und Arbeitsrecht. Ab 1976 arbeitete sie als wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Sozialforschung in Frankfurt und wurde 1982 promoviert. Im Anschluss leitete sie bei der IG Metall Projekte zur Humanisierung von Arbeit. 1986 wurde sie zum Geschäftsführenden Vorstandsmitglied gewählt, was sie bis 2003 blieb. Dabei war sie zunächst zuständig für Jugendarbeit und Computerisierung, ab 1992 für Betriebspolitik, Mitbestimmung, Betriebsverfassungsrecht und das Stahlbüro.
Als Vorstandsmitglied und stellvertretende Aufsichtsratsvorsitzende der Krupp Stahl AG spielte Benz-Overhage eine wichtige Rolle in den schwierigen Verhandlungen um die Schließung des Krupp-Stahlwerks Rheinhausen 1987/88. Nach 1990 war Benz-Overhage am Aufbau der IG Metall in der ehemaligen DDR beteiligt. Zudem engagierte sie sich in der europäischen Gewerkschaftsarbeit und war Mitglied verschiedener europäischer Gremien.