Catherine Martin est née au Québec. Elle a fait des études collégiales en arts plastiques et poursuivit en beaux-arts à l’Université Concordia à Montréal où elle a étudié le cinéma et la photographie. Catherine Martin écrit et réalise tous ses films.
La cinéaste a déjà à son actif quelques courts-métrages (Nuits d’Afrique, 1990; Les fins de semaine, 1995) et un documentaire (Les dames du 9e, 1998) lorsqu’elle entre à la Coop Vidéo pour y réaliser Mariages, en 2001.
Campé dans le Québec rural de l’époque victorienne et librement inspiré d’une histoire de famille, ce « conte secret pour les sens » (Voir) inaugure une œuvre de longs métrages à la fois intimiste et universelle, accordée au féminin pluriel, qui compte également Océan (2002), Dans les villes (2006), L’esprit des lieux (2006), Trois temps après la mort d’Anna (2010) et Une jeune fille (2013).
« La gravité, la rigueur, la sobriété et la délicatesse font la grandeur et la force des œuvres de Catherine Martin. Ce cinéma du proche et du lointain, de la méditation et du sentiment, de la permanence et de la fuite du temps se révèle vital dans sa beauté et incontournable par sa nécessité. » André Roy, revue 24 images.
Les films de Catherine Martin ont été présentés dans de nombreux festivals internationaux (Berlin, Toronto, Oberhausen, Nyon, Buenos Aires, Shanghai, Karlovy Vary, etc.) et ont remporté des prix au Québec, au Canada et à l’étranger. Mariages, Océan et Trois temps après la mort d’Anna ont figuré sur la liste annuelle des dix meilleurs films canadiens établie par un jury d’experts sous la gouverne du Festival international du film de Toronto. En 2014, la cinéaste remporte également le Prix Création remis par l’Observatoire du cinéma au Québec « Afin de souligner la qualité et la finesse de son œuvre qui contribue de manière exceptionnelle à la richesse de notre cinématographie nationale. ».
Son œuvre la plus récente est un essai documentaire intitulé Certains de mes amis (2017). Catherine Martin travaille actuellement sur son prochain long métrage intitulé provisoirement L’ordre du monde.