Hija de un ingeniero y de una profesora de matemáticas, Catherine Frot nació el 1 de mayo de 1957 en París. Desde los 14 años, gracias a sus precoces dotes cómicas, entró en el Conservatorio de Versalles a la vez que continuaba sus estudios. Con 21 años, co-funda la compañía del Chapeau rouge, donde conocerá a Jean Pierre Daroussin. Aunque se consagró esencialmente en el teatro, Catherine Frot consiguió su primer papel en cine en Mi tío de América. En 1986, consiguió una nominación al César como mejor actriz secundaria, por su intervención en la película EscalierC.

En 1995, triunfa con la obra de teatro de Jean Pierre Bacri y Agnes Jaoui, Un air de famille. Este papel hará que gane el Molière como actriz secundaria, y el éxito a partir de esta obra no acabará ahí, ya que Cedric Klapisch decidió adaptarla a la gran pantalla: esta vez, Catherine Frot ganó el César en 1997.

Filmografía (selección)
1992 - La vieille canaille (Canalladas), de Gérard Jourd'hui
1996 - Un air de famille, de Cédric Klapisch
1998 - Le dîner de cons (La cena de los idiotas), de Francis Weber
1999 - La nouvelle Ève (La nueva Eva), de Catherine Corsini
- La dilettante, de Pascal Thomas
- Inséparables, de Michel Couvelard
2001 - Chaos (Caos), de Coline Serreau
- Mercredi, folle journée!, de Pascal Thomas
2002 - Cavale, de Lucas Belvaux
- Un couple épatant, de Lucas Belvaux
- Après la vie, de Lucas Belvaux
2003 - 7 ans de mariage, de Didier Bourdon
- Chouchou, de Mehrzak Allouache
2004 - Vipère au poing, de Philippe De Broca
2004 - Les soeurs fâchées, de Alexandra Leclère
- Je suis vôtre homme, de Danièle Dubroux
2005 - Mon petit doigt m’a dit, de Pascal Thomas
2006 - Boudu, de Gérard Jugnot
- Le passager de l’été, de Florence Moncorgé-Gabin
- La última nota (La Tourneuse de Pages), de Denis Dercourt
2007 - Odette Toulemonde, de Eric-Emmanuel Schmitt