Ким родилась в Ливерпуле 21 августа 1956 года. Вскоре вместе с родителями переехала в Канаду, в город Ванкувер. В возрасте шестнадцати лет Кэттролл перебралась в Нью-Йорк и поступила в Американскую академию театрального искусства. По окончании академии она подписала пятилетний контракт с кинорежиссером Отто Премингером на съемки в его фильмах. Её дебютом в кино стала картина 1975 года «Розовый бутон». Год спустя «Universal studios» выкупила контракт и Кэттролл стала одной из последних участниц контрактной системы «Universal Contract Player System».

По контракту со студией выступала в многочисленных телевизионных программах различных стилей и жанров. В 1979 году она сыграла роль доктора Габриэль Уайт в «Невероятном Халке». Её работа на телевидении перестала приносить деньги и она быстро поменяла сферу своей деятельности на кинематограф. В 1980 году Кэтролл снялась в номинированном на Оскар фильме с Джеком Леммоном «Награда», а год спустя — в фильме «Билет на небеса», хорошо принятом критиками.

В 1982 году она играла мисс Хэниуэлл в фильме «Порки», затем, в 1984 году, снялась в «Полицейской академии». В течение 1985 года у неё были большие роли в трёх фильмах: «Turk 182», «Границы города» и «Ограбление». В 1987 её главная роль в фильме «Манекен» имела огромный зрительский успех. Одной из её наиболее известных ролей стала роль лейтенанта Валерис в фильме «Звёздный путь 6: Неоткрытая страна». Помимо кинематографических работ, Кэтролл остаётся и театральной актрисой, участвует в постановках «Вид с моста» по Артуру Миллеру и «Трёх сёстрах» Чехова.

В 1997 году она проходит отбор в телевизионный сериал «Секс в большом городе», создаваемом для канала HBO продюсером Дарреном Старом. Саманта Джонс приносит Кэтролл международное признание. Она использует успех своей чувственной и похотливой героини для рекламы продукции фирмы «Пепси», подписывает контракт о написании книги на тему секса. Кроме того, её голос можно услышать на компакт-диске со стихами Руперта Брука. В период съёмок «Секса в большом городе» она продолжает сниматься в других фильмах, играет роль Кэролин в рискованном фильме Бритни Спирс «Перекрёстки». В 2005 году она появляется в картине студии «Дисней» «Принцесса льда», где играет Тину Харвуд, тренера по фигурному катанию главной героини. К сожалению фильму не сопутствовал финансовый успех. Так же она сыграла Клэр, парализованную женщину, желающую умереть, в драме «West end». В октябре 2006 она появилась в пьесе «Криптограмма» Дэвида Мамета в лондонском «Донмар Варехаус». В 2006 году она снималась с Бренданом Глисаном в фильме Джона Бурмана «Хвост тигра», чёрной комедии о том, как экономика «Кельтского тигра» ударила по населению Ирландии.

В 2007 сыграла вместе с Дэвидом Хэйгом, Дэниэлом Рэдклиффом и Кэри Маллиган в фильме «Мой сын Джек», истории о том, как английский поэт и писатель Редъярд Киплинг, искал своего сына, пропавшего без вести в Первую мировую войну. Ну и безусловно, снялась в полнометражных фильмах "Секс в большом городе" и его продолжении. Написала две книги: «Досье на сексуальность» и «Найти себя» (изданы в том числе и в России).

Личная жизнь Кэтролл трижды была замужем: за Лэрри Дэвисом, Андрэ Дж. Лисоном, и аудиоинженером Марком Левинсоном. Кроме того, была помолвлена с актёром Дэниэлом Бензали. В возрасте 25 лет короткое время встречалась с бывшим премьер-министром Канады Пьером Трюдо. В 2003 году встречалась со звездой «Хьюстон Рокетс» Каттино Мобли, с лета 2004-го по 2005 год — с молодым (более чем на двадцать лет моложе её) канадским шеф-поваром Аланом Уайзом. Имела роман со своим коллегой по постановке «Whose Life is it Anyway?» Александром Сиддигом. Признание и награды 2001 — Выдающееся исполнение ролей группой актёров в комедийном сериале (за телесериал «Секс в большом городе») 2003 — Выдающееся исполнение ролей группой актёров в комедийном сериале (за телесериал «Секс в большом городе») 2003 — Лучшая актриса второго плана сериала, мини-сериала или фильма для TV (за телесериал «Секс в большом городе») 2003- премия от Гильдии киноактёров Отмечу, что в активе Ким аж 15 номинаций различных премий США и Канады.