Catherine Zeta-Jones nasceu em 25 de setembro de 1969 em Swansea, no País de Gales (e foi criada na cidade vizinha de Mumbles), a única filha de Patricia (nee Fair) e David James "Dai" Jones, que anteriormente possuía uma fábrica de doces. Frequentou a Dumbarton House School (Swansea). Seu pai (filho de Bertram (1912-1970) e Zeta Davies Jones (1917-2008)) é descendente de galês e sua mãe (filha de William (1921-2000) e Catherine O'Callaghan Fair (1920-2001) ) é de ascendência inglesa, irlandesa e galesa. Seus irmãos são David Jones (nascido em 1967), executivo de desenvolvimento, e Lyndon Jones (nascido em 1972), que trabalha em sua produtora. Seu nome de nascimento era simplesmente Catherine Jones, mas ela acrescentou o nome de sua avó paterna ("Zeta") para se destacar das muitas outras jovens com o mesmo nome.
Ela demonstrou interesse desde cedo em entretenimento. Ela estrelou no palco "Annie", "Bugsy Malone" e "The Pajama Game". Aos 15 anos, ela liderou o renascimento britânico da "42nd Street". Ela foi originalmente escalada para o segundo estudo para o papel principal no musical, mas quando a estrela e o primeiro estudo adoeceram na noite em que o produtor da peça estava na platéia, ela recebeu a liderança pelo restante da produção do musical. Ela fez seu nome pela primeira vez no início dos anos 90, quando estrelou a série de comédia / drama da televisão Yorkshire, The Darling Buds of May (1991). A série foi um sucesso e fez dela uma das atrizes de televisão mais populares do Reino Unido.
Posteriormente, ela desempenhou papéis coadjuvantes em vários filmes, incluindo Christopher Columbus: The Discovery (1992), a minissérie Catherine the Great (1995) e um papel maior como a sedutora Sala em The Phantom (1996) antes de conseguir seu papel de protagonista, interpretando a ardente Elena oposta. Anthony Hopkins e Antonio Banderas em A Máscara do Zorro (1998). Ela estrelou muitos sucessos de bilheteria de grande orçamento, como Entrapment (1999), The Haunting (1999) e Traffic (2000), para os quais muitos acreditavam que ela foi roubada de uma indicação ao Oscar de melhor atriz coadjuvante. Ela ganhou um Oscar de Melhor Atriz Coadjuvante como Velma Kelly, uma vampira assassina na comédia musical Chicago (2002). Ela então apareceu ao lado de George Clooney em Intolerable Cruelty (2003), Ocean's Twelve (2004) e reprisou seu papel principal na sequência The Legend of Zorro (2005).
Em novembro de 2000, ela se casou com o ator Michael Douglas. Ela deu à luz seu filho Dylan Michael em agosto de 2000, seguido pela filha Carys, em abril de 2003. Ela foi premiada Comandante da Ordem do Império Britânico na Lista de Honras de Aniversário da Rainha de 2010 por seus serviços de teatro.
