카타야마 모에미(일본어: 片山 萌美, かたやま もえみ, Moemi Katayama)는 일본의 여배우, 그라비아 아이돌, 탤런트, 모델이다.
1990년 10월 1일 일본 도쿄도에서 출생하였으며, 신장 170cm, AB형이다. 쓰리사이즈는 92-59-87cm이며 G컵이다. 레이타쿠 대학(麗澤大学) 경제학부 경제학과를 졸업하였다.
19세 때 탤런트 양성소의 오디션을 통해 연예계에 발을 들였으며, 부모님이 배우로 활동한 영향이 있었다고 알려져 있다. 대학 재학 중이던 2012년 제44회 미스 일본 콘테스트에 출전하여 미스 일본 네이처(Miss Japan Nature)를 수상하였다. 2014년 9월 《주간 플레이보이》(집영사)를 통해 그라비아 아이돌로 데뷔하였고, 2015년 2월에는 《주간 영점프》(집영사) 주최의 '겐세키10'에 노미네이트되었다.
초기에는 무대 배우를 중심으로 활동하였으며, 2016년 11월 연극 《비신키 천사》에서 무대 첫 주연을 맡았다. 2016년에는 '프로가 선택하는 아이돌 DVD상' 다케쇼보상을 수상하였다. 2017년 1월 발매된 두 번째 사진집 《Rashin》과 관련 그라비아 및 사진전에서 헤어누드를 공개하였다.
영화 출연작으로는 《교과서엔 없어!》(2016), 《시수옥: 감금된 소녀들》(2017), 《후미코의 발》(2018), 가족의 의미를 다룬 《어느 가족》(만지가족, 2018), 《반짝반짝 안경》(2018), 《사라져라, 군청》(2019), 《바르보라》(2020), 그리고 2024년 공개된 실사 영화 《시티헌터》(전갈 역) 등이 있다. 2018년 영화 《후미코의 발》에서는 주연을 맡아 과감한 노출 연기를 선보인 것으로 알려져 있다.
2021년 7월에는 넷플릭스를 통해 2018년 출연작인 일본 드라마 《선술집 바가지》(이자카야 보타쿠리)가 공개되었다.
취미는 B'z의 음악을 감상하는 것이며, 좋아하는 여배우로는 히로스에 료코와 다이치 기와코를 꼽고 있다. 고등학교 시절 별명은 '모에 언니(もえ姉)'였다. 소속사는 WINTARTS이다.
