Кэтрин родилась 2 ноября 1981 года в Ванкувере, Канаде, в семье создателя спецэффектов в кино Грэя Мюррэя. Возможно, поэтому карьера в кино стала для Кэтрин неизбежной, как и для ее брата Джошуа Мюррэя, который стал актером и писателем.
Как и большинство детей кинематографистов, Кэтрин начала сниматься в кино еще в детсадовском возрасте. Первыми фильмами маленькой Кэтрин стали «Холодный фронт» (1989), «Кузены» (1989), «Последняя зима» (1989), «Узы родства» (1989). Девочка практически росла на съемочных площадках кино и телесериалов. Повзрослев, она стала получать крупные роли.
Первую известность 19-летней актрисе принесла главная роль в фильме «Оборотень» (2000). Канадский триллер Джона Фоусета с Эмили Перкинс и Кэтрин Изабель, сыгравших двух сестер, оказался довольно успешным. Фильм рассказывает о том, как во время съемок любительского ужастика веселые сестрички оказываются в лапах настоящего огромного чудовища, от чьих укусов у них остаются странные раны, которые подозрительно быстро заживают. С этого момента для юных героинь начинаются настоящие проблемы, за ходом развития которых зритель следит с напряженным вниманием. Через два года 21-летняя актриса прославилась благодаря участию в голливудском блокбастере «Бессонница» (2002). В этом детективном триллере именитого режиссера Кристофера Нолана Кэтрин сыграла вместе с звездным составом голливудских актеров: Аль Пачино, Робином Уильямсом, Хилари Суэнк и другими знаменитостями.
Кэтрин много снималась как на телевидении, так и в фильмах независимых режиссеров. Так, популярной стала ее работа в проекте Ронни Ю «Фредди против Джексона» (2003), возрождающем историю о Фредди Крюгере. Кэтрин играет девушку Гиббс, за которой открывает охоту Фредди. Кстати, в этом фильме в сцене, где героиня Кэтрин моется в душе, снималась дублерша, так как сама Кэтрин отказалась оголяться на камеру. Следующий 2004-ый год вновь прославил Кэтрин и ее партнершу Эмили Перкинс — они снова снялись в актерском дуэте в роли сестер Бриджит и Джинджер в канадском ужастике «Сестра оборотня». Фильм имел хорошие кассовые сборы, поэтому в том же году вышло продолжение картины «Рождения оборотня» (2004). Появление актрисы в огромном количестве ужастиков закрепило за ней прозвище королевы триллеров, впрочем, сама Кэтрин так не считает: «Я просто участвую во всех ролях, которые мне попадаются. За прошедшие 10 лет, кажется, было снято слишком много фильмов ужасов», — уверяет Кэтрин.
В 2009 году она снялась в короткометражном фильме своего брата «Favourite People List». В 2012 году Кэтрин Изабель стала главной героиней хоррора Джен и Сильвии Соска «Американская Мэри». Актриса сыграла Мэри Мэйсон, студентку, будущего хирурга, которая идет работать в салон, специализирующийся на модификации человеческих тел. Постепенно девушка чувствует, что ей нравится уродовать тела — и клиентов салона ей становится недостаточно. Мэри выходит на охоту на улицы города, чтобы уродовать того, кого она сама захочет. «Женщины в кино, как правило, либо сладкие барышни, либо матери, и иногда людям трудно представить или думать о них, как о персонажах области зла», — говорит Кэтрин о своей роли.
Несмотря на огромное количество триллеров, фантастических фильмов и ужастиков, в которых снялась актриса, в жизни она любит умиротворяющие занятия: верховую езду, а также приготовление разных блюд, — актриса уверяет, что это ее расслабляет.
