Catherine Spaak nasce in Francia a Boulogne-Billancourt (nella regione Ile-de-France) il 3 aprile 1945.
Il padre è lo sceneggiatore Charles Spaak, fratello dello statista Paul-Henri Spaak, la madre è l'attrice Claude Clèves.
Catherine si trasferisce in Italia nel 1960, e gira diversi film, alcuni come protagonista.