Catherine Jacob est une actrice française née à Paris 17e. Son père était chirurgien dentiste et sa mère orthodontiste. Elle s'installe à Paris et s'inscrit au Cours Florent, où elle étudie de 1978 à 1980.

Début des années 80, Catherine écume les castings et décroche quelques apparitions dans des téléfilms. Elle fait sa première apparition à l'écran en 1984 dans le film Les Nanas. Mais c'est son one woman show "Bienvenue au Club" qui la révèle au public un an plus tard. Puis sa carrière s'accélère en 1988, lorsqu'elle est choisie pour jouer Marie-Thérèse, dans La vie est un long fleuve tranquille et obtenir ainsi 7 nominations aux Césars et y remporte le César du meilleur espoir féminin.

La même année, elle fait ses débuts au théâtre et y poursuit sa tournée en elle apparaissant au cinéma en parallèle.

En 1990 Elle retrouve le metteur en scène Étienne Chatiliez, pour la comédie culte Tatie Danielle. Le film rencontre un important succès avec plus de 2 millions d'entrées et reçoit 3 nominations aux Césars, dont celui de la meilleure actrice dans un second rôle.

En 1991, elle reçoit sa troisième nomination au César pour son rôle d'Evangéline Pelleveau dans Merci la vie de Bertrand Blier.

Catherine Jacob est souvent cantonnée aux seconds rôles de femmes plantureuses et mères de famille comme dans Neuf mois. Sa carrière est également marquée par des rôles importants, toujours dans le registre de la comédie : Les Braqueuses de Jean-Paul Salomé (1993) mais surtout J'ai faim !!! en 2001 où elle y assume le rôle principal. En 2006, elle joue dans Les Aristos de Charlotte De Turckheim suivi de Dikkenek.

Après de nombreux rôles dans des téléfilms, apparaît dans plusieurs séries télévisées à partir de 2012, Victoire Bonnot, Vive la colo et La famille Katz. En 2015, elle retourne au théâtre de l'Oeuvre dans Madame de Rémi de Vos et apparaît dans quatre téléfilms dont Merci pour tout Charles . En 2016, la comédienne partage à nouveau son temps entre les planches et le petit écran.