Катерина Мурино родилась 15 сентября 1977 года в Италии, на Сардинии. В детстве и юности Катерина мечтала стать врачом, однако судьба распорядилась иначе. Будучи подростком, Катерина увлеклась модельным бизнесом, начала появляться на разных конкурсах красоты, что в конечном итоге привело ее к четвертому месту на конкурсе «Мисс Италия» в 1996-ом году. Так, в 19 лет Катерина Мурино вошла в топ первых красавиц страны. Катерина переехала в Лондон, где буквально заболела театром и, по ее признанию, каждую неделю смотрела что-нибудь в знаменитом театре Уэст-Энда.
В Италию Катерина вернулась с твердым намерением изучать драматическое искусство. Мурино поступила в Scuola ди Cinema, где она изучала драму с 1999 по 2000 годы.
Первым театральным спектаклем Катерины стала постановка «Ричарда III».
Экранную карьеру Катерина Мурино начала сразу после окончания учебы в драматической школе. Катерина дебютировала на ТВ в телесериале «Дон Маттео» (2000-2001) в небольшой эпизодической роли. Затем снялась в фильме «Молодой Казанова» (2002), где ей тоже досталась далеко не главная роль. Такой тихий старт немало удручал Катерину, ожидания которой явно превышали эпизодическую работу в нескольких фильмах в году. «Кому то ведь надо и так сниматься», - говорила актриса и продолжала добиваться своего.
На попытки покорить экран у Катерины Мурино ушло шесть лет. В это время она появилась в таких проектах, как «Полусвободный» (2004), «Корсиканец» (2004), «Гордость» (2004-2006), «Des jours et des nuits» (2005) «Любовь на троих» (2005), «Водяные ветры» (2006), «Веселые и загорелые» (2006).
В 29 лет Катерина Мурино наконец дождалась роли, которая стала ее прорывом. В 2006-ом году Мурино появилась в голливудском бестселлере «Казино Рояль» (2006) - очередном фильме знаменитой бондианы, который изначально был обречен на популярность. На этот раз герой Дэниэла Крэйга, самый известный шпион в мире, агент «007», сражается с международной террористической организацией, опутавшей своей сетью всю планету. Катерина Мурино исполнила в этом фильме роль красавицы Соланж, которая помогает Бонду, однако ее убивает главный злодей фильма. Участие в этом фильме принесло Катерине Мурино международную известность, ведь лента стала хитом года и показывалась по всему миру. Эта роль запустила карьеру итальянки в полный оборот.
Следом Мурино сыграла главную роль Надин в фильме «Не думай об этом» (2007). Лента удостоилась двух престижных побед на Венецианском кинофестивале - «Кубка Пазинетти за лучший фильм» и «Приза Федерации итальянских киноклубов (FEDIC)». Затем итальянка появилась в британской комедии «Одноклассники» (2007), где присоединилась к таким кинозвездам, как Руперт Эверетт, Колин Ферт, Лина Хиди, Расселл Брэнд.
Востребованность актрисы возросла. В 2008-ом на экраны вышли сразу 6 картин с участием Мурино. Во французском детективе «Большое алиби» (2008) Катерина сыграла со знаменитой Миу-Миу. Во французской мелодраме «Сделано в Италии» (2008) она снялась в ведущей роли роковой красавицы Моники. Эротическая лента «Семя раздора» (2008) стала триумфом Катерины на родине, так как этот фильм с ней в главной роли чествовали на Венецианском фестивале. Также Мурино дебютировала в главной роли на ТВ - в мини-сериале «XIII: Заговор» (2008). И снялась с Меной Сувари в любовной драме «Эдемский сад» (2008) производства Британии и Испании.
