Кэтлин родилась 19 июня 1954 года в Спрингфилде, штат Миссури. Родителями девочки были Пэтси Маги и Аллен Ричард Тернер, офицер Соединенных Штатов. Он провел все детство в Китае, так как его отец, дед Кэтлин, находился там в качестве миссионера от протестантской церкви. Маленькая Тернер уже с самого раннего возраста проявляла склонность к актерству. Как позднее рассказала сама актриса, отец был категорически против сценической карьеры дочери. Он полагал, что каждая актриса – это без малого проститутка. Поэтому, даже когда дочка выходила на сцену в школьных театральных постановках, Аллен оставался сидеть в автомобиле, вместо того, чтобы пойти в зал и посмотреть спектакль. Он сидел и ждал, когда мать девочки выйдет к нему в антракте, и скажет, что Кэтлин играла бесподобно. В 1972 году Тернер окончила Американскую школу в Лондоне. В том же году ее отец умер в результате коронарного тромбоза. Остальная семья вернулась в Соединенные Штаты. Там Кэтлин поступила в Университет Миссури, после чего в 1977 году получила степень бакалавра в области изобразительных искусств в Университете Мэриленда. В это же время начинающая актриса принимала активное участие в постановках режиссера Стива Йегера.
Первое появления Кэтлин на телевидении произошло в 1977 году в рамках телесериала «Врачи» на телеканале NBC. Дебют в большом кинематографе состоялся в 1981 году, когда Тернер была утверждена на главную женскую роль в эротическом триллере Лоуренса Кэздана «Жар тела». Картина была ремейком фильма-нуар 1944 года «Двойная страховка». Фильм мгновенно привлек к себе всеобщее внимание и был номинирован на такие престижные премии, как «Золотой Глобус» и BAFTA. Критики хором отмечали превосходный образ, созданный актрисой-дебютанткой. Издание Empire Magazine включило Тернер в свой список ста самых сексуальных звезд в истории кино. В итоге, благодаря дебютной работе, Кэтлин мгновенно превратилась в одну из наиболее востребованных актрис восьмидесятых годов. В то время Тернер с кокетством заявляла, что «когда она, находясь в тонусе, входит в комнату, сидящий там мужчина не посмотрит на нее только в том случае, если он гей». Позднее Кэтлин говорила, что речь шла не о внешности, а о внутреннем состоянии, создать которое может каждый. В 1984 году на экраны вышла приключенческая комедия Роберта Земекиса «Роман с камнем». Главную мужскую роль исполнил Майкл Дуглас. Лента получила «Золотой Глобус» в категории «Лучшая комедия» и «Лучшая женская роль в комедии».
В 1985 году зрители увидели продолжение приключений героев Дугласа и Тернер в сиквеле «Жемчужина Нила». В 1986 году, благодаря главной роли в мелодраме Френсиса Форда Копполы «Пегги Сью вышла замуж», Кэтлин была удостоена номинации на премию «Оскар». На этот раз ее партнером стал племянник режиссера, известный актер, Николас Кейдж. Вторую премию «Золотой Глобус» актриса завоевала в 1985 году, когда вместе с Джеком Николсоном появилась в криминальной комедии Джона Хьюстона «Честь семьи Прицци».
