Catherine Jones 1969. szeptember 25-én született Swanseaben, Walesben, az Egyesült Királyságban, Dai Jones, egy volt cukorkagyár-tulajdonos és Pat Jones varrónő gyermekeként. Két testvére van, David és Lyndon. Catherine a Dumbarton House School falai között tanult, és mivel már gyerekkora óta érdekelte a színjátszás, tánc és az énekelés, musical szakon folytatta tanulmányait. Többször lépett fel olyan nagysikerű darabokban, mint az Annie vagy a Bugsy Malone. 17 éves korában már körbeturnézta hazáját, 1989-re pedig ismert színésznő lett. Első filmes szerepét ugyanakkor egy francia filmben, a Seherezádé (1990) című alkotásban kapta. 1991-ben a The Darling Buds of May című brit televíziós sorozatban játszott, melynek köszönhetően egy csapásra a szigetország egyik legismertebb és legkedveltebb színésznője lett. A következő években olyan filmekben vállalt szerepet, mint a Kolumbusz, a felfedező (1992), a Lökött örökösök (1993), A hullámok rabjai (1995) és A fantom (1996). 1996-ban egy minisorozatban nyújtott alakítására figyelt fel Steven Spielberg, aki beajánlotta a színésznőt Martin Campbellnek – Zeta-Jones így kapta meg a Zorro álarca (1998) női főszerepét Anthony Hopkins és Antonio Banderas mellett. A szerep nemzetközi hírnevet és elismerést hozott a színésznőnek. Következő filmjei (Az átok – 1999, a Pop, csajok satöbbi – 2000, Traffic – 2000, Amerika kedvencei – 2001) tovább növelték hírnevét, 2002-ben pedig pályafutása egyik mérföldkövéhez érkezett a Chicago (2002) című filmmel, alakításáért az Oscar- és a BAFTA-díjat is megkapta. Játszott továbbá a Kegyetlen bánásmód (2003), a Terminál (2004) és az Ocean's Twelve - Eggyel nő a tét (2004) című filmekben is, utóbbiban Brad Pitt és George Clooney oldalán kapott szerepet. Legutóbb az elsöprő kriitkai fogadtatásban részesült Mellékhatásokban (2013) és a RED 2.-ben (2013) láthattuk. Zeta-Jones 2000-ben ment feleségül Michale Douglashoz, akitől két gyermeke született. Bár a pár nem vált el, jelenleg külön élnek.