Além de lançar "Thinking of You" como terceiro single, Perry iniciou sua primeira turnê mundial, Hello Katy Tour, em janeiro de 2009. Ainda em janeiro, ela participou do Grammy Awards, onde foi indicada pela primeira vez, porém sem êxito. A cantora e vencedora da primeira temporada do American Idol, Kelly Clarkson, regravou as canções do álbum Katy Perry, "Hook Up" e "Long Shot", para seu quarto álbum de estúdio, All I Ever Wanted, lançado em 2009. A gravadora afiliada à Capitol Records, Let's Hear It Records, lançou o álbum The Matrix em 2009, mas sem a participação vocal de Katy Perry. Seu quarto e último single de One of the Boys, "Waking Up in Vegas" foi lançado em abril e também teve um bom desempenho comercial.
Em maio, ela reatou o namoro com Travis McCoy, mas eles terminaram novamente em setembro de 2009. Ela participou do MTV Video Music Awards de 2009, indicada na categoria "Melhor Videoclipe Feminino" com "Hot N Cold" e cantando "We Will Rock You" do Queen acompanhada de Joe Perry. Durante a premiação, ela conheceu e começou a namorar com apresentador do evento, Russell Brand. A cantora participou da canção remixada da dupla de música eletrônica, 3OH!3, chamada "Starstrukk" e que foi lançada oficialmente no programa de rádio On Air with Ryan Seacrest em setembro de 2009. Em 5 de novembro, Katy Perry quebrou um recorde de quinze anos ao apresentar o MTV Europe Music Awards de 2009 por dois anos consecutivos, onde também foi indicada na categoria "Melhor Videoclipe" com "Waking Up in Vegas" e "Melhor Artista Feminina". Em novembro de 2009, a parceria entre a MTV e a Capitol Records resultou no lançamento do álbum acústico MTV Unplugged: Katy Perry, com versões acústicas de algumas faixas de One of the Boys, cover do Fountains of Wayne e uma canção inédita chamada "Brick by Brick" Ela participou da canção intitulada "If We Ever Meet Again", do rapper Timbaland e que foi lançada como quarto single promocional do álbum Timbaland Presents Shock Value II em dezembro de 2009.
2010–2012: Teenage Dream e casamento Ver artigo principal: Teenage Dream
Em janeiro de 2010, Katy Perry aceitou o pedido de casamento feito por Russell Brand enquanto ambos estavam viajando em Jaipur, Rajastão, Índia. Ela retornou aos estúdios para a gravação de seu segundo álbum de estúdio de música pop, e anunciou que estava trabalhando com Dr. Luke, Max Martin e Greg Wells novamente, além de anunciar Tricky Stewart como produtor, também. Ela participou como jurada da nona temporada do programa americano de talentos musicais American Idol, em janeiro de 2010. Em março, foi divulgado que Perry estava cotada para dublar a personagem Smurfette na adaptação cinematográfica em live-action/3D de 2011 de Os Smurfs, dirigida por Raja Gosnell e gravada e distribuida pela Sony Pictures Animation e Columbia Pictures, respectivamente.
"California Gurls", que tem a participação do rapper Snoop Dogg, foi lançado em maio de 2010 como primeiro single do terceiro álbum de estúdio e conseguiu atingir a primeira posição das paradas americanas, australianas, canadenses, irlandesas e neozelandesas, aparecendo no pódium das paradas alemãs, austríacas, finlandesas e portuguesas, tornando-se o terceiro hit da carreira da cantora, com aproximadamente 4,400,000 cópias vendidas digitalmente.Katy Perry apresentou o Teen Choice Awards de 2010, vencendo nas categorias "Música do Verão" e "Melhor Single" com "California Gurls".O álbum intitulado Teenage Dream foi lançado em agosto de 2010 e emplacou na primeira posição das paradas de álbuns como a Billboard 200 e as paradas australianas, canadenses, inglesas e irlandesas. A faixa-título do álbum, "Teenage Dream", foi lançado em julho, antes do lançamento do álbum, como segundo single e atingiu a primeira posição dos Estados Unidos, Irlanda e Nova Zelândia, também tornando-se um sucesso de sua carreira.Em setembro, ela gravou uma participação especial no programa infantil, Sesame Street, mas ela não foi ao ar devido ao decote usado pela cantora no episódio, que foi reprovado por alguns pais mais conservadores. Em resposta, Perry apareceu no programa americano da NBC, Saturday Night Live, vestida com uma camiseta com um grande decote e com o rosto do personagem da Sesame Street, Elmo, como forma de deboche à crítica.
Em outubro, o terceiro single de Teenage Dream, "Firework", foi lançado nos Estados Unidos, conseguindo atingir a primeira posição das paradas americanas, canadenses e neozelandesas, sendo o quinto single de sucesso da carreira da cantora. "Firework" fez com que a cantora quebrasse um recorde por conseguir fazer três singles consecutivos de um mesmo álbum atingirem a primeira posição da parada americana, Billboard Hot 100, feito realizado pela última vez em 1999 pela cantora de R&B, Monica. O videoclipe foi patrocionado pela companhia telefônica européia Deutsche Telekom, que selecionou mais de 200 fãs da cantora para participar da produção. Em outubro, a cantora participou e apresentou-se no Victoria's Secret Fashion Show 2010, onde cantou "Firework" usando um vestido desenhado pelo estilista Todd Thomas. Durante o outono do Hemisfério Norte, ela lançou sua primeira fragrância, chamada Purr, produto com embalagem em formato de gato. Após a polêmica envolvendo-a na série Sesame Street, Perry participou do episódio "A Luta Antes do Natal" da vigésima segunda temporada de The Simpsons, onde representou a si mesma como namorada do personagem Moe Szyslak. Em dezembro, Katy Perry participou do VH1 Divas Salute the Troops, onde promoveu Teenage Dream e homenageou as tropas militares dos Estados Unidos junto à Keri Hilson, Nicki Minaj e Hayley Williams. Em janeiro de 2011, a cantora participou do People's Choice Awards 2011, onde venceu nas categorias "Melhor Artista Feminina" e "Maior Sensação Online". Ela participou da série americana da CBS, How I Met Your Mother, onde interpretou a prima da personagem Zoey, chamada Honey. Anunciada em outubro de 2010, a cantora embarcou em sua segunda turnê mundial, The California Dreams Tour, iniciada no continente europeu em fevereiro de 2011.91 Em fevereiro de 2011, ela lançou o quarto single de seu terceiro álbum, "E.T.", com a participação do rapper Kanye West na versão remixada, que foi além do recorde anterior e tornou-se o quarto single consecutivo do álbum a ficar na primeira posição da Billboard Hot 100 — feito realizado pela última vez em 2004 pelo cantor Usher, sendo também que a última artista feminina a emplacar quatro músicas na parada foi Mariah Carey em 1991.
Em 6 de junho de 2011, a cantora lançou o quinto single de seu disco, a canção "Last Friday Night (T.G.I.F.)". Em 18 de agosto, a faixa alcançou o primeiro lugar da principal parada da Billboard, assim como todos os seus antecessores, tornando Katy Perry a primeira mulher em 53 anos de história da parada Hot 100 a ter cinco músicas do mesmo disco no topo deste gráfico. O único artista além dela a conseguir tal feito foi Michael Jackson em 1987 com seu álbum Bad, que estabeleceu o recorde com os sucessos "I Just Can't Stop Loving You", "Bad", "The Way You Make Me Feel", "Man in the Mirror" e "Dirty Diana". Em 23 de setembro, ela participou do dia de abertura do Rock in Rio 2011, festival que se estendeu ao dia 2 de outubro. Durante o show, produziu uma das cenas mais marcantes do evento, quando chamou ao palco Júlio César de Salvo, que era um fã ânonimo até então. O rapaz, que ficou conhecido como "Júlio de Sorocaba",97 acabou se tornando uma celebridade instantânea quando foi "assediado" com um beijo da cantora, recebendo a oportunidade de retribuir também com um outro. O fato virou notícia na maioria dos telejornais brasileiros, inclusive no Fantástico e Jornal Nacional.100 , inclusive se tornando um trend topic, não apenas no Twitter, mas na Internet em geral. Em 28 de setembro, a faixa "The One That Got Away" foi lançada como o sexto e último single oficial do álbum Teenage Dream. Se a canção atingisse o topo da principal parada da Billboard, Perry seria a primeira artista da História a alcançar tal marca, fato este que não veio a ocorrer pois a faixa não obteve desempenho suficiente, sendo o terceiro lugar a sua maior posição na parada mesmo após as versões remix e acústico da faixa serem lançadas.
A extensão vocal de Katy Perry é o contralto, quando há facilidade para atingir notas mais agudas em relação à notas mais finas. Com o lançamento de seu segundo álbum, One of the Boys, o estilo musical de Katy Perry foi intensamente comparado à Avril Lavigne e Lily Allen, devido as canções provocadoras e desbocadas. Mas de acordo com a matéria publicada no site Abril.com, "a voz de Perry é superior" e "a cantora tem senso de humor que faltava em Lavigne", enquanto que Allen possui uma voz mais suave em relação as duas. Perry citou como principal influência o vocalista da banda Queen, Freddie Mercury, pois a "combinação da maneira sarcástica com que ele compunha e o ar de 'dane-se' foram primordiais" para carreira da cantora.Enquanto o álbum Teenage Dream estava sendo gravado e produzido, ela falou que inspirou-se e gostaria de ser uma nova Alanis Morissette da música internacional. Musicalmente, Perry citou as cantoras Cyndi Lauper, Madonna e as bandas ABBA, Ace of Base e The Cardigans como inspirações para o estilo musical de Teenage Dream, que possui fortes influências da música pop da década de 1990 para "fazer as pessoas pularem para cima e para baixo".
Desde o lançamento do álbum Katy Hudson, a cantora era analisada por suas canções com letras fortes, sendo que Russ Breimeier da Christianity Today disse "Suas habilidades de compor são fortes, é difícil acreditar que ela tem apenas 16 anos e tinha apenas 15 quando escreveu a maior parte destas músicas. […] Poderia ter sido apenas outra compositora adolescente imitando tendências musicais com letras cristãs. Em vez disso, eu ouço um notável jovem talento emergente, uma compositora talentosa, que certamente vai longe neste negócio." Entre 2007 e 2009, Perry foi criticada pelos profissionais devido à seus temas polêmicos abordados em One of the Boys. A canção "Ur So Gay", onde a cantora compara o estilo emo exagerado de seu ex-namorado ao homossexualismo, foi má-recebida devido à alegações de Homofobia devido ao refrão que diz "Você é tão gay e você nem mesmo gosta de garotos". Diferentemente desta, "I Kissed a Girl", que fala sobre o beijo entre duas garotas, foi criticada pelos cristãos e moralistas por "promover o homossexualismo". Em Teenage Dream houve um amadurecimento musical da cantora, que disse à Associated Press: "Das poucas letras que escrevi até agora, são todas muito honestas, talvez mais honestas do que as últimas. Mas elas estão um pouco mais maduras. Agora sei como lidar com os garotos. Na verdade, eu não me envolvo mais com garotos agora, e sim com homens. É bem diferente quando você faz um disco com 19 anos e quando você faz outro com 25." As canções do terceiro álbum, "Firework", "Hummingbird Heartbeat" e "Not Like the Movies" foram inspiradas pelo então marido, Russell Brand.
Inicialmente, entre 2007 e 2009, Katy Perry era conhecida por seu estilo pin-up, que baseia-se na moda da década de 1940 e 1950 que abrangem peças de roupas coloridas e estampadas. Em entrevista, Perry revelou que inspirou-se no estilo da personagem homônima do filme de 1962 de Stanley Kubrick, Lolita.117 Em entrevista com a revista Fabulous, a cantora revelou que planeja lançar sua própria linha de roupas, segundo ela, inspiradas em pin-up e Lolita e no estilo de Agyness Deyn e Dita Von Teese. A partir de 2010, a cantora passou a vestir roupas mais ousadas, como vestidos de látex e shorts brilhantes, que fizeram Perry ser eleita pela MTV como uma das cantoras mais bem vestidas do ano. Em uma lista da revista Maxim sobre "As Mulheres Mais Sexy do Mundo em 2010", a cantora foi classificada na primeira posição. Ela comentou à Elle durante a edição de março de 2010: "Acredito que as pessoas já sabem que não sou apenas uma garotinha sexy, tenho mais a dizer. Estou tentando dar às pessoas trilha sonora para suas vidas - músicas que expressam um barril de emoções." Na edição de julho da revista Billboard nos Estados Unidos em que a cantora aparece na capa, Perry foi chamada de "Nova Rainha do Pop".
Em dezembro, ela foi convidada para participar do VH1 Divas Salute the Troops e comentou sobre o uso do termo 'diva' à seu respeito: "Tive que procurar a definição de 'diva' no dicionário. Tive que ir na essência da palavra. Obviamente, eu não sou Beyoncé. Ela é uma diva de verdade." Durante o decorrer dos anos de carreira, a cantora revelou-se ser uma artista filantropa. Em maio de 2009, ela participou do Life Ball, evento de gala ocorrido em Viena, Áustria que teve como propósito arrecadar fundos monetários usados para ajudar o combate da AIDS. Ela posou com uma camiseta da campanha Fashion Against AIDS, que arrecada os lucros das vendas destas contra a doença. O videoclipe de "Firework" — que aborda temas como superação do preconceito, problemas físicos e psicológicos — foi dedicado ao projeto It Gets Better, campanha estadunidense que tenta combater o suicídio entre jovens homossexuais. Após o terremoto e tsunami de 11 de março de 2011 que devastou principalmente Sendai, Japão, a cantora revelou que iria reverter parte da renda obtida com a venda de produtos de sua turnê mundial, The California Dreams Tour, afim de ajudar as vítimas do país. A canção "Firework" apareceu no álbum beneficente para ajudar o país, Songs for Japan, junto com diversos outros artistas.
Em 2007, Katy Perry iniciou um relacionamento com o vocalista da banda Gym Class Heroes, Travis McCoy, mas que acabou no final de 2008 devido a dificuldade dos dois para conciliarem o trabalho com a vida pessoal. Algum tempo depois, os dois voltaram a namorar, mas por um curto tempo. Ela conheceu o ator e humorista, Russell Brand, durante o MTV Video Music Awards de 2009, após lançar uma garrafa de água acidentalmente na direção dele. Enquanto estavam em Jaipur, Rajastão, Índia, em janeiro de 2010, Brand propôs casamento à cantora, que aceitou Sua amiga e também cantora, Rihanna, realizou a despedida de solteiro de Perry em Las Vegas, Nevada, em setembro. Em outubro, Perry retornou para Jaipur na Índia, onde casou-se com Russell Brand; o casamento foi inspirado na cultura indiana, apesar de ser realizado por um pastor. "A cerimônia, privada e espiritual, contou com a presença da família e de amigos próximos do casal, e foi realizada por um pastor cristão. Serviram de cenário os campos majestosos e inspiradores", contou uma fonte próxima à cantora. As fotos do casamento foram mantidas em segredo até a performance da cantora no 53º Grammy Awards. O casal se separou 14 meses depois.
Apesar de atuar nos estilos musicais pop e pop-rock, Perry possui origens cristãs devido à seus pais, Keith e Mary Hudson, ambos pastores evangélicos. Devido à isso, a cantora pronunciou-se dizendo que "não é legal misturar religião e sexo na mesma garrafa". Durante o primeiro semestre de 2010, ela ouviu Russell Brand zombando de alguns protestantes cristãos antigays, dizendo a eles: "Vocês não conhecem Jesus! Eu conheço: acabei de chupar o pau dele." Ofendida, a cantora postou em seu Twitter: "Usar blasfêmia como entretenimento é tão de mau gosto quando um comediante contar uma piada de peido", que fez a mídia acreditar que ela estava criticando o videoclipe que Lady Gaga havia acabado de lançar na época, "Alejandro", criando uma grande polêmica. Perry também tem o nome "Jesus" tatuado no pulso, revelando à Rolling Stone: "Deus ainda é uma parte grande da minha vida […] Ainda acredito que Jesus é o filho de Deus." Sua mãe revelou que está escrevendo um livro sobre sua relação com sua filha. Perry também é uma grande amiga de Miley Cyrus. Após uma suposta ofensa feita pela artista chamando o visual de Miley no MuchMusic Video Awards como "Britney Spears de novo", "É pior do que isso. Olha para essa roupa, é horrível", Perry respondeu e justificou a suposta ofensa através de seu Twitter, dizendo: "Eu nunca falei merda sobre a minha amiga Miley. Amo aquela vadia". A Rolling Stone brasileira deu uma resenha positiva à confusão e a justificativa, dizendo: "Não só centenas de sites de fofoca noticiaram seu comentário no Twitter, como também ela conseguiu chamar publicamente Miley Cyrus, de 17 anos, de "vadia"." Em 2013, o seu pai, Keith Hudson, chamou a cantora pop de "filha do diabo" num sermão em Santa Fe Springs, no Estado americano da Califórnia.
- Televisão 2008 The Young and the Restless - Ela mesma Episódio 8914 Wildfire"Life's Too Short" (Quarta temporada, episódio 8)
2010 American Idol - Jurada convidada Nona temporada, episódio 5 The X Factor - Sétima temporada, episódio 2 Sesame Street - Ela mesma Especial online (cena deletada) The Simpsons - Episódio 8, "A luta antes do Natal"
2011 How I Met Your Mother" - Honey""Oh Honey" (Sexta temporada, Episódio 15)
Cinema
2010 O Pior Trabalho do Mundo - Ela mesma Não creditada (Cena deletada)
2011The Smurfs - Smurfette Voz
2012 Katy Perry: Part of Me - Ela mesma Papel principal