Khatia Buniatishvili studierte in Tiflis bei Tengiz Amiredjibi und in Wien bei Oleg Maisenberg. Ihrem Debüt in der New Yorker Carnegie Hall 2008 folgten Konzerte in der Hollywood Bowl, beim iTunes Festival, den BBC Proms und den Salzburger Festspielen, dem Verbier Festival, dem Menuhin Festival Gstaad, dem Festival La Roqued’Anthéron, beim Klavier-Festival Ruhr und beim Progetto Martha Argerich in Lugano. Mit Rezitalen gastierte sie in den wichtigen Konzerthallen der Welt, darunter die Walt Disney Concert Hall in Los Angeles, Royal Festival Hall London, der Musikverein Wien, das Konzerthaus Wien und das Concertgebouw Amsterdam, die Berliner und Pariser Philharmonien, das Théâtre des Champs-Élysées in Paris, La Scala in Mailand, Teatro La Fenice in Venedig, Palau de la Música Catalana in Barcelona, die Victoria Hall Genf, die Tonhalle Zürich, das Prager Rudolfinum sowie das Shanghai Grand Theater, Beijing NCPA, Mumbai NCPA, die Tokyo Suntory Hall und das Singapore Esplanade Theatre.

Zu den Dirigenten, mit denen Khatia Buniatishvili arbeitet, zählen unter anderem Zubin Mehta, Plácido Domingo, Kent Nagano, Neeme Järvi, Paavo Järvi, Yannick Nézet-Séguin, Jaap van Zweden, Mikhail Pletnev, Marin Alsop, Klaus Mäkelä, Vladimir Ashkenazy, Semyon Bychkov, Jaap van Zweden, Gianandrea Noseda, Gustavo Dudamel, Myung-Whun Chung und Philippe Jordan.

Khatia Buniatishvili ist regelmäßig bei führenden Orchestern weltweit zu Gast, wie dem Israel Philharmonic Orchestra, Los Angeles Philharmonic, San Francisco Symphony, Seattle Symphony Orchestra, The Philadelphia Orchestra, Toronto Symphony Orchestra, Orquestra Sinfônica do Estado de São Paulo, China Philharmonic Orchestra, NHK Symphony Orchestra, London Symphony Orchestra, BBC Symphony Orchestra, Orchestre de Paris, Orchestre National de France, Filarmonica della Scala, Wiener Symphoniker, Rotterdam Philharmonic Orchestra, Tonhalle-Orchester Zürich, Münchner Philharmoniker sowie Symphonieorchester des Bayerischen Rundfunks.

Darüber hinaus engagiert sie sich für gemeinnützige Anliegen und konzertierte im Rahmen des 70-jährigen Jubiläums der Vereinten Nationen zugunsten der Opfer des syrischen Bürgerkrieges und beim Global Citizen Festival in Hamburg 2017. In Kiew nahm sie an einem Benefizkonzert für Verwundete in der Anti-Terrorist Operation Zone teil und spielte gemeinsam mit Martha Argerich und Daniel Barenboim unter dem Motto „To Russia with Love“ in der Berliner Philharmonie, um auf Verletzungen von Menschenrechten in Russland hinzuweisen. Auch trat sie 2016 während der Klimakonferenz der Vereinten Nationen in Marrakesch auf.

Khatia Buniatishvilis jüngste Einspielung für SONY Classical, „Labyrinth“, erschien im Oktober 2020, ihre Aufnahme mit Werken von Franz Schubert 2019. Ihr Solo-Album „Kaleidoscope“ (2016) wurde – wie auch 2012 ihr Liszt-Album – mit einem ECHO KLASSIK ausgezeichnet. Die Alben „Chopin“ (2012), „Motherland“ (2014) sowie Rachmaninoff (2017) komplettieren ihre Diskographie. 2015 wurde Khatia Buniatishvili von der britischen Band Coldplay eingeladen, bei deren Album „A Head Full Of Dreams“ mitzuwirken.