Катрин Фро родилась 1 мая 1956 года в городе Париж, Франция, в семье инженера и учительницы математики. У нее есть сестра Доминик, которая также стала актрисой. Семья Фро происходит из Рошфора, департамент Приморская Шаранта, с 1977 по 2001 год дядя Катрин, Жан-Луи Фро, занимал пост мэра Рошфора.
Уже в детстве Катрин почувствовала склонность к театру и влюбилась в комедию. В 14 лет она поступила на курсы актерского мастерства при Версальской консерватории. Основное место в жизни Катрин Фро всегда занимал театр, одной из самых известных ее ролей стала госпожа де Турвель в постановке «Опасные связи» по мотивам романа Шадерло де Лакло.
В кино актриса утвердилась далеко не сразу. Ее первой яркой работой стала роль Беатрисы в фильме «Лестница С» 1985 года. За эту роль она была номинирована на премию «Сезар» в категории «Лучшая актриса второго плана».
Настоящую славу ей принесла роль Иоланды в черной комедии Седрика Клапиша «Семейная атмосфера» 1997 года. Интересно, что этот фильм родился из спектакля Аньес Жауи и Жана-Пьера Бакри, в котором Катрин Фро также исполняла роль Иоланды. За работу в спектакле Катрин Фро была награждена престижной премией «Мольер», а роль в киноверсии принесла ей премию «Сезар» в номинации «Лучшая актриса второго плана».
После успеха «Семейной атмосферы» Катрин Фро часто появлялась на экранах в образе слегка жеманной буржуазной дамочки. Подобных героинь она сыграла в фильмах «Ужин с придурком», «Папарацци», «Новая Ева». К этому ряду можно отнести и первую главную роль Катрин Фро - роль Пьеретты Дюморье в комедии Паскаля Томаса «Дилетантка». Пьеретта Дюморье - очаровательная и на редкость легкомысленная женщина. Прожив 15 лет за границей, она возвращается в Париж и тут же переворачивает вверх дном жизнь своих родственников.
В 2000 годы репертуар Катрин Фро стал более разнообразным: она сыграла несколько серьезных драматических ролей - таких, как в фильмах «Хаос» 2001 год, «Ассистентка» 2006 год и знаменитой трилогии Люка Бельво. В 2006 году Катрин Фро приняла участие в создании мультипликационного фильма «Новые приключения Золушки», озвучив злую мачеху. Интересно, что героиня сказки была первым отрицательным персонажем актрисы.
В 2008 году Фро сыграла главную роль в дебютном фильме Сэфи Неббу - психологическом триллере «След с ангела». Героиня Катрин Фро в этом фильме - женщина по имени Эльза, несколько лет назад потерявшая новорожденную дочь в результате пожара в больнице. Провожая в школу старшего сына, Эльза видит незнакомую девочку примерно одних лет с её погибшей дочерью, и у неё появляется твёрдая уверенность в том, что малышка - её ребёнок.
Катрин Фро часто снимается в фильмах детективного жанра. В 2005 году она сыграла роль женщины-детектива Прюденс Бересфорд в фильме Паскаля Томаса «Щелкни пальцем только раз…» - экранизации романа Агаты Кристи. В 2008 году вышел еще один фильм о расследованиях Прюденс Бересфорд, который носит название «Преступления - это наш бизнес». Наконец, в 2010 году состоялась премьера детективной драмы «Имоджен МакКатри», основанной на произведениях Шарля Эксбрайяро.
В 2009 году вышла новая комедия Альбера Дюпонтеля «Злодей» с Катрин Фро в главной роли. Интересно, что в «Злодее» еще молодая Катрин сыграла весьма пожилую даму, мать главного героя. Как поясняет Дюпонтель, только Катрин Фро с её редким комическим даром могла оживить написанный им сценарий, а её возраст не имел никакого значения. Саму актрису вовсе не обидело предложение сыграть «бабушку»: она сочла это очень ценным опытом.
В 1987 году Фро вышла замуж за режиссера и сценариста Мишеля Кувелара, который снял фильм «Неразлучники» с Катрин в главной роли. В 1996 году они удочерили девочку из Мавритании по имени Сюзанна. Фро является офицером французского ордена «За заслуги», а также кавалером орденов Искусств и литературы и Почетного легиона.