Catherine Zeta-Jones wuchs im walisischen Mumbles auf. Ihr Vater Dai Jones besaß eine Süßwarenfabrik. Sie hat zwei Brüder, David Jones und Lyndon Jones, der für ihr Produktionsunternehmen arbeitet. Sie wurde nach ihren Großmüttern Zeta Jones (abgeleitet vom Namen eines Schiffes, auf dem ihr Urgroßvater segelte) und Catherine Fair benannt.[2][3] Als Kind litt sie an einer Atemwegserkrankung, die eine Luftröhrenoperation erforderlich machte; der Eingriff hinterließ eine dauerhafte Narbe.
Zeta-Jones, halb Irin, halb Waliserin, fühlte sich bereits im Kindesalter zum Showgeschäft berufen. Sie tanzte und sang unter anderem in einer katholischen Kirchengemeinde. Sie spielte in den Theaterstücken Annie und Bugsy Malone mit, ehe sie mit 15 nach London zog, um Schauspielerin zu werden. Mit 17 erhielt sie unter glücklichen Umständen eine tragende Rolle in der West-End-Produktion des Musicals42nd Street. Damit gelang ihr der Durchbruch im Theater, zeitweise stand sie acht Mal pro Woche auf der Bühne.
1990 verbrachte Zeta-Jones ein ganzes Jahr in Frankreich, um die Titelrolle in dem Film Sheherazade – Mit 1001 PS ins Abenteuer zu spielen. Nach ihrer Rückkehr stellte sie in der FernsehserieThe Darling Buds of May die älteste Tochter einer Bauernfamilie dar. Die Serie war ein Erfolg und machte sie in Großbritannien zum Star.
Unterdessen versuchte sie, auch ihre Wunschkarriere als Sängerin und Tänzerin voranzutreiben. Ihre erste Single For All Time (1992) schaffte den Sprung unter die Top 40 der britischen Charts.[4] Die Single True Love Ways (1994) im Duett mit David Essex schaffte es auf Platz 38 in den UK Top 75. Weitere Lieder wie In the Arms of Love und I Can’t Help Myself (1995) hatten kaum kommerziellen Erfolg.[5]
Am 13. Dezember 1999 verlobte sie sich mit dem genau 25 Jahre älteren Schauspieler Michael Douglas; sie heirateten am 18. November 2000.[6] Mit ihm hat sie einen Sohn (Dylan Michael Douglas, * 2000) und eine Tochter (Carys Zeta Douglas, * 2003). Seit der Heirat heißt sie bürgerlich Catherine Zeta-Jones-Douglas. Für die Rolle der Velma Kelly in Chicago erhielt sie 2003 den Oscar in der Kategorie Beste Nebendarstellerin. Außerdem bekam sie für ihre Leistung in Chicago den British Academy Film Award. In die Rolle der Helena Ayala in Traffic musste eine Schwangerschaft eingebaut werden, da Zeta-Jones zu diesem Zeitpunkt mit ihrem Sohn schwanger war. Zeta-Jones hat auch erfolgreich Werbung betrieben: 2006 war sie dank eines Zweijahresvertrags mit T-Mobile über 16 Mio. US-Dollar der bestbezahlte Werbestar weltweit.
1993: Die Abenteuer des jungen Indiana Jones(The Adventures of Young Indiana Jones, Fernsehserie, Folge Die Brunnen von Berscheba bzw. Palestine, October 1917)
2000: Blockbuster Entertainment Award in der Kategorie „Favorite Actress – Action“ für Verlockende Falle
2001: Screen Actors Guild Award in der Kategorie „Outstanding Performance by the Cast of a Theatrical Motion Picture“ für Traffic – Macht des Kartells (geteilt mit Kollegen)
2003: Screen Actors Guild Award in der Kategorie „Outstanding Performance by a Female Actor in a Supporting Role“ für Chicago
2003: Screen Actors Guild Award in der Kategorie „Outstanding Performance by the Cast of a Theatrical Motion Picture“ für Chicago (geteilt mit Kollegen)
2003: Phoenix Film Critics Society Award in der Kategorie „Beste Nebendarstellerin“ für Chicago