ولدت كاثرين في سوانزي وهي إحدى مدن ويلز في المملكة المتحدة. أمها باتريسيا فير كانت حياكة إيرلندية، ووالدها ديفيد جونز كان صاحب مصنع حلويات. يتألف اسمها من اسمي جدتيها، إذ كان اسم أم والدتها كاترين فير واسم أم والدها زيتا جونز (1917-2008). تربت كاثرين في عائلة مسيحية كاثوليكية، و حين فاز أهلها ب 100000 جنيه إسترليني، انتقلت العائلة إلى سانت اندروس درايف في ميلس وهي إحدى الضواحي الراقية في سوانزي، تركت كاترين المدرسة باكراً من أجل تطوير مهنتها في التمثيل والتحقت بـ (The Arts Educational Schools) في غرب لندن لمدة 3 سنوات، بدأت التمثيل فى الحادية عشر من عمرها وكان اول دور فعلى لها فى التليفزيون فى السادسة عشر من عمرها كانت بداية النجوميه الفعليه لها من خلال فيلم The Mask of Zorro الفيلم الرائع الذى حقق نجاحا مبهر ولاقى اقبال جماهيريا كبيرا.
أظهرت كاثرين حبها للفن باكراً فقد غنّت ورقصت قبل أن تبلغ العاشرة من عمرها، وظهرت لاحقاً على المسرح في ثلاث مسرحيات 'Annie' و'Bugsy Malone' و'The Pajama Game'. وأصبحت في الخامسة عشر قائدة لفرقة موسيقية. ظهر اسم كاثرين لأول مرة في بداية التسعينات، حين مثّلت في المسلسل التلفزيوني The Darling Buds of May عام 1991، وقد حقق المسلسل نجاحًا باهرًا آنذاك مما جعل كاثرين تصبح من أشهر الممثلات التلفزيونيات في المملكة المتحدة. مثّلت كاثرين أدوارًا بسيطة في الأفلام السينمائية، لكن مشوارها السينمائي لم يبدأ إلا حين أسند لها دورها في الفلThe Phantom عام 1996. فكان هذا الفيلم بمثابة افتتاحية لمسار كاثرين السينمائي، فقد بدأت الأدوار السينمائية في الإنهمار عليها من بعده. إذ حظيت بفرصة التمثيل إلى جانب العملاق أنتوني هوبكينز وانطونيو بانديراس في فيلم The Mask of Zorro عام 1998. وحين حقق الفيلم نجاحًا، ألحقته كاثرين بفيلم آخر، حقق لها نجاحًا أكبر، ألا وهو Entrapment عام 1999، وهو الفيلم الذي مثّلت به دور البطولة بجانب القدير شون كونري. في نفس العام، أدّت كاثرين دورًا بسيطًا في فيلم The Haunting، لم يضف شيءًا يُذكر إلى مسيرتها. مع ذلك، مشوارها لم يخب نجمه بعد.
ففي عام 2000 حققت كاثرين أكثر مما يمكن أن تحلم به في عام، فقد رشّحت عن دورها في فيلم Traffic للحصول على أوسكار أفضل ممثلة مساعدة، وبشهر نوفمبر تزوجت من الممثل مايكل دوجلاس، لتنجب أول اطفالها ديلان دوجلاس في شهر أغسطس. بالعام الذي يليه 2001 أدّت دورًا إلى جانب الممثلة جوليا روبرتس في فيلم America's Sweethearts. لكن أهم أعمالها كان في العام الذي تلاه 2002 حيث أدّت دور بطولة في فيلم Chicago إلى جانب ريتشارد جير ورينيه زيلويغر. وهو فيلم موسيقي حصدت عنه كاثرين جائزة الاوسكار لأفضل ممثلة مساعدة. تلى هذا النجاح دور بسيط بصوتها في فيلم كارتوني بعنوان Sinbad: Legend of the Seven Seas في عام 2003، وبذات العام شاركت كاثرين الممثل المتألق جورج كلوني دور البطولة في فيلم Intolerable Cruelty. أما في 2004 فقد حظيت بمشاركة الممثل العبقري توم هانكس في فيلمه The Terminal الذي أخرجه المخرج العظيم ستيفن سبيلبرغ. وأيضًا في نفس العام، شاركت بدور بسيط انضمت فيه إلى الاثنا عشر سارق في فيلم Ocean's Twelve. بعد دورها في الجزء الثاني من فيلم زورو، The Legend of Zorro عام 2005، قررت كاثرين أخذ قسط من الراحة، قبل أن تعود بفيلم No Reservations في عام 2007.
أثناء قيامها بالترويج لفيلمها The Mask of Zorro في مهرجان ديفيل السينمائي عام 1998؛ قابلت "زيتا جونز" نجم هوليوود المخضرم "مايكل دوجلاس" الذي وقع في غرامها على الفور رغم فارق السن الكبير بينهما والذي يبلغ ربع قرن بالتمام والكمال، وتمت خطبة الاثنين في أواخر ديسمبر 1999 وزفافهما بعدها بعام؛ وأنجبت منه طفلين، وقالت "زيتا جونز" في إحدى الحوارات التي أجريت معها بشأن زوجها: "أشعر أنني محظوظة بلقائي "مايكل". إنه ليس فقط "مايكل دوجلاس" الممثل والمنتج وصاحب جائزتي الأوسكار؛ بل هو "مايكل دوجلاس" حب حياتي. أشعر بالفعل أن زواجنا كان مقدرًا له الحدوث."
