Catherine nació el 25 de septiembre de 1969 en Mumbles, un pequeño pueblo de pescadores al lado de Swansea (en gaélico Albertawe), una ciudad industrial del sur de Gales, que destaca por ser la cuna del notable poeta y dramaturgo Dylan Thomas.

Sus padres la llamaron Catherine y Zeta en recuerdo de sus dos abuelas. Ella es irlandesa mientras que su padre es galés y pastelero de profesión, lo que debía agradar sobremanera a la joven Catherine, ya que recuerda que "era como crecer en el país del chocolate".

Su afición teatral es temprana pues ya con 4 años interpretó el papel protagonista de Annie, en un montaje de un grupo aficionado de la iglesia católica local. A los 10 hizo el papel de Talullah, en la producción Bugsy Malone, y ya con 14 intervino en Monkees, cuando la compañía que la interpretaba en gira por Gran Bretaña, llegó a Swansea y pidió la intervención de jóvenes aficionadas locales.

Su composición encandiló a los productores que al año siguiente la llevaron a Londres, ya como profesional, para intervenir en 42nd Street de David Merrick. En 1990 fue a Francia para hacer su primera película: Scheherazade, a las ordenes del director Philip de Broca, para regresar de nuevo a Londres para rodar The Darling Buds of May, una serie de televisión de doce episodios para la Yorkshire, que la convertiría en un sex-symbol en el Reino Unido. A partir de ahí empieza su particular calvario con los paparazzi británicos. "Cada vez que tomaba un café con un hombre, se convertía en mi nuevo novio. Las cámaras me seguían a todas partes, y no tenía ninguna intimidad". Este constante acoso fue lo que la decidió dar el salto a América.