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Misato es hija del Dr. Katsuragi, quien dirigió la expedición científica a la Antártida, donde ocurrió el Segundo Impacto. Ella es la única sobreviviente del personal enviado a la expedición, gracias a su padre; y debido a eso, su objetivo es destruir a los ángeles. En su tiempo de universitaria conoce a Ritsuko Akagi, quien se vuelve su mejor amiga, y a Ryoji Kaji, con quien lleva una relación por corto plazo de tiempo.

Luego, Misato se une a NERV, trabajando con la rama de Alemania, en donde conoció a Asuka Langley Sohryu. Y es transferida a Japón, como jefa de estrategias en operaciones contra los ángeles.

Misato es enviada a recoger a Shinji, en el mismo día del ataque de un ángel. Shinji, descubre el motivo por el cual esta allí, pilotar la Unidad-01, él se niega, pero Misato lo hace entrar en razón y entonces acepta. Logrando su primera victoria contra un ángel. Luego de eso, Misato lleva a Shinji a vivir con ella. Convirtiéndose en su tutora y amiga.

En el momento del ataque de otro ángel, Shinji es enviado a destruirlo, pero ante la desventaja del EVA contra el ángel, Misato le ordena retirarse, pero desafiando las órdenes, Shinji lo derrota. Debido a esto, ello lo regaña de forma severa y Shinji se escapa de casa. Pero Shinji comprendiendo su papel e importancia en NERV y Misato entendiendo sus sentimientos logra hacer que se quede en Tokyo 3.

Luego de diversos enfrentamientos contra los ángeles, Misato comienza a hacer que los pilotos y sus EVAs comiencen a trabajar en equipo, Rei, Shinji y Asuka. En el proceso, con diversos ataques por los ángeles, Misato y Ritsuko, reúnen información vital, que ayuda a comprender mejor el funcionamiento interno de los Evangelion y a desarrollar mejores tácticas para derrotar a los ángeles.

Misato es ascendida al grado de Mayor, gracias a su éxito en operaciones de combate. Pero Kaji le muestra el secreto que yace bajo NERV, el cuerpo crucificado del segundo ángel, Lilith, descubriendo así, las manipulaciones de Gendo Ikari y SEELE. Tiempo despues, Kaji le entrega a Misato un chio que contiene información oculta de NERV, pero es capturada y arrestada bajos cargos de conspiración contra NERV; ella logra demostrar su inosencia, pero queda destrozada al recibir la noticia del asesina de Kaji.

Durante el ataque de un ángel, Misato es testigo del sacrificio de Rei para eliminarlo. Misato en un intento por tratar de ayudar a Shinji, descubre que ella tambien padese los mismos problemas emocionales depresivos. Tiempo despues, Ritsuko, en un acto de traición contra Gendo, le enseña a Misato y Shinji el gigantesco tanque que contenia los clones de Rei. Luego de pasados los días, llega el piloto encargado de pilotar la Unidad-02 en reemplazo de Asuka, Kaworu Nagisa; en su investigación, descubre la asombrosa habilidad del joven para sincronizar con el EVA a voluntad propia. Resultando ser el último ángel.