Catherine Zeta-Jones 25 Eylül 1969'da Galler'in Swansea kentinde, eskiden bir tatlı fabrikası sahibi olan Patricia (kızlık soyadı Fair) ve David James "Dai" Jones'un tek kızı olarak doğdu (ve yakındaki Mumbles kasabasında büyüdü). Dumbarton House School'a (Swansea) devam etmiştir. Babası (Bertram (1912-1970) ve Zeta Davies Jones'un (1917-2008) oğlu) Galler kökenli, annesi ise (William (1921-2000) ve Catherine O'Callaghan Fair'in (1920-2001) kızı) İngiliz, İrlandalı ve Galler kökenlidir. Erkek kardeşleri bir geliştirme yöneticisi olan David Jones (1967 doğumlu) ve yapım şirketinde çalışan Lyndon Jones'tur (1972 doğumlu). Doğum adı sadece Catherine Jones'du, ancak aynı adı taşıyan diğer birçok genç kadından farklı olmak için babaannesinin adını ("Zeta") ekledi. Sahnede "Annie", "Bugsy Malone" ve "The Pajama Game" oyunlarında rol aldı. 15 yaşındayken, 42nd Street"'in İngiliz yeniden canlandırmasında başrolü oynadı. Başlangıçta müzikalin başrolü için ikinci yedek oyuncu olarak seçilmişti ancak oyunun yapımcısının da seyirciler arasında olduğu gece başrol oyuncusu ve birinci yedek oyuncu hastalanınca, müzikalin geri kalanında başrol ona verildi. İlk kez 1990'ların başında Yorkshire Television'ın komedi/drama dizisi The Darling Buds of May'de (1991) rol aldığında adını duyurdu. Daha sonra Keşif (1992), mini dizi Catherine the Great (1995) ve Kızıl Maske'deki (1996) baştan çıkarıcı Sala rolü de dahil olmak üzere birçok filmde yardımcı rollerde oynadı ve Maskeli Kahraman Zorro'da (1998) Anthony Hopkins ve Antonio Banderas'ın karşısındaki ateşli Elena rolüyle çığır açtı. Kurda tuzak (1999), Perili ev (1999) ve Trafik (2000) gibi birçok büyük bütçeli gişe filminde rol aldı ve bu filmlerle birçok kişi en iyi yardımcı kadın oyuncu dalında Oscar adaylığının elinden alındığına inandı. Müzikal komedi Chicago'daki (2002) katil vodvil Velma Kelly rolüyle En İyi Yardımcı Kadın Oyuncu Akademi Ödülü'nü kazandı. Daha sonra Dayanılmaz Zulüm (2003), Ocean's 12 (2004) filmlerinde George Clooney ile birlikte rol aldı ve devam filmi Zorro Efsanesi'nde (2005) başrolünü tekrarladı.2000 yılının Kasım ayında aktör Michael Douglas ile evlendi. Ağustos 2000'de oğulları Dylan Michael'ı, Nisan 2003'te de kızları Carys'i dünyaya getirdi. Tiyatroya yaptığı hizmetlerden dolayı 2010 Kraliçe'nin Doğum Günü Onur Listesi'nde Britanya İmparatorluğu Nişanı Komutanı olarak ödüllendirildi.