Кэтлин Робертсон родилась 8 июля 1973 года в городе Гамильтоне, Канада. Она с детства мечтала стать актрисой и в десять лет упросила родителей отвести ее на актерские курсы. У девочки был выявлен недюжинный драматический потенциал. Уже в двенадцать лет она дебютировала в кино, причем сразу в главной роли в канадской ленте «Left Out» (1985). Первый съемочный опыт помог Кэтлин утвердиться в своем выборе. Ради будущей карьеры она вместе с родителями переехала в кузницу кинозвезд – Лос-Анджелес. Поначалу Робертсон добивалась эпизодических ролей в популярных американских сериалах. В 1992 году девятнадцатилетняя актриса сыграла одного из центральных персонажей в мелодраме Патрика Девольфа «Lapse of Memory», а затем в драме Билла Коркорана «В ночных лабиринтах смерти» она предстала главной героиней, которая случайно оказывается в криминальном Бруклине и попадает в неприятности. Следом Кэтлин появилась в канадских боевиках «Конец лжеца» (1992) и «Смертельный поцелуй» (1993).
Громкий успех настиг Робертсон в двадцатилетнем возрасте, когда она прошла кастинг в телесериал «Беверли-Хиллз 90210» (1990-2000). В популярном молодежном проекте о мире «золотой молодежи» Кэтлин исполнила роль Клэр Арнольд, дочери ректора Университета Калифорнии, которая появляется в четвертом сезона. Первоначально актриса должна была сняться лишь в эпизоде, однако новая героиня так полюбилась зрителям, что продюсеры оставили ее еще на три года, вплоть до седьмого сезона. Благодаря участию в сверхуспешном проекте Кэтлин обрела мировую известность. После окончания съемок в 1997 году двадцатичетырехлетняя Кэтлин узаконила отношения с режиссером Греггом Араки. Почти сразу она снялась в его фильме «Нигде» (1997), а затем в «Роскошной жизни» (1999). Однако уже в 2000 году Робертсон и Грегг развелись.
Вторая волна популярности настигла актрису благодаря образу Тео в сиквеле успешной пародийной комедии «Очень страшное кино 2» (2001). Вскоре Кэтлин появилась в небольшой роли официантки в знаменитой драме «Я – Сэм» (2001) с Шоном Пенном. После следующей работы – главной роли в драме «Торс» (2002) – Робертсон завоевала признание критиков. Она сыграла известную канадскую убийцу Эвелин Дик и удостоилась номинации на премию Gemini Awards. Второй раз на почетную награду Кэтлин претендовала спустя четыре года за игру в ленте «Последний поворот» (2006). Среди других многочисленных проектов актрисы наиболее удачными считаются работы в фантастическом сериале «Медиум» (2005-2011), эротическое ленте «Логика измены» (2002), проекте «Бизнес» (2006-2007), где Кэтлин также выступила в качестве продюсера.
В 2008 году актриса вышла замуж за коллегу Криса Коулза. На следующий день после своего тридцатипятилетия Кэтлин родила первенца – сына Уильяма Робертсон-Коулза. После родов она быстро вошла в рабочую колею, снявшись в лентах «Со школьных лет» (2009), «Ночь для умирающих тигров» (2010), «Доказательство любви» (2011), сериалах «Копы-новобранцы» (с 2010), «Босс» (2011-2012). Следом Кэтлин возглавила актерский состав криминального сериала «Убийство первой степени» (2011), представ в образе отважной Хилди Маллиган.
