1984年,15岁的凯瑟琳·泽塔-琼斯拿到了第一张演员协会的会员证,成为了一名真正的歌舞演员,并被伦敦的剧评人称为“最有潜力的新人”。此后,凯瑟琳定居伦敦开始了专职演艺生涯。在此期间,她还刻苦练习古典芭蕾和踢踏舞,获得“全英踢踏舞冠军”。
1987年,凯瑟琳·泽塔-琼斯因主演了歌舞剧《第42街》而崭露头角。
1990年,在《第42号街》演出结束后,凯瑟琳·泽塔-琼斯去法国度假,被法国导演菲利普·德·普劳加选中,拍摄了银幕处女作《美女神灯》。
1991年,凯瑟琳·泽塔-琼斯回到英国,在根据H.E.贝茨小说改编的电视连续剧《五月的花朵》中饰演农夫家的大女儿,因清秀脱俗的形象而被英国民众熟悉,从此踏入影视圈。
1992年,凯瑟琳·泽塔-琼斯因结识了美国制片人让·彼得斯,而先后出演美国广播公司的《印第安纳·琼斯历险记》系列剧和冒险电影《征服四海》,然而反响不大。为此,泽塔·琼斯重新回到伦敦,出演了舞台剧《街景》。
1995年,凯瑟琳·泽塔-琼斯再闯好莱坞,主演了喜剧电影《蓝汁》及微型系列剧《凯瑟琳大帝》,但并未引起反响。
1996年,凯瑟琳·泽塔-琼斯出演了电视系列片《泰坦尼克号》,虽然依旧没有引起反响,但她在这部电影中的演技却引起了史蒂文·斯皮尔伯格的注意。
1998年,经史蒂文·斯皮尔伯格推荐,凯瑟琳·泽塔-琼斯出演了马丁·坎贝尔执导的动作冒险片《佐罗的面具》,凯瑟琳在片中饰演女主角——佐罗的妻子伊莲娜,与安东尼奥·班德拉斯和安东尼奥·霍普金斯演对手戏。影片上映后获得好评,使她获得了1999年“西部影展”最佳女配角奖。
1999年,凯瑟琳·泽塔-琼斯先是与肖恩·康纳利合作,主演了浪漫惊险片《偷天陷阱》,凯瑟琳饰演极富冒险精神的女主角弗吉尼亚,并凭此角色获得第12届欧洲电影奖最佳女主角奖;接着又在简·德·邦特执导的恐怖片《鬼入侵》中,与连姆·尼森和莉莉·泰勒联袂主演。
2000年,凯瑟琳·泽塔-琼斯搭档迈克尔·道格拉斯、本尼西奥·德尔·托罗主演了由史蒂文·索德伯格执导的犯罪电影《毒品网络》,因在片中饰演努力为毒枭丈夫脱罪的“海伦娜·阿亚拉”而获得第58届美国电影电视金球奖电影类-最佳女配角提名。
2002年,与蕾妮·齐薇格、约翰·C·赖利等主演了罗伯·马歇尔执导的音乐歌舞片《芝加哥》,饰演因老公和妹妹偷情,愤而杀掉老公的可怜女子“薇尔玛”。由此获得第75届奥斯卡金像奖最佳女配角奖。
2004年6月18日,凯瑟琳·泽塔-琼斯与汤姆·汉克斯、斯坦利·塔奇等主演的,由斯蒂芬·斯皮尔伯格执导的爱情电影《幸福终点站》上映;12月8日,搭档乔治·克鲁尼、朱莉娅·罗伯茨、布拉德·皮特、马特·达蒙和安迪·加西亚等主演的犯罪电影《十二罗汉》上映,凯瑟琳·泽塔-琼斯在片中饰演高级侦探“伊莎贝尔”。
2005年,凯瑟琳·泽塔-琼斯与安东尼奥·班德拉斯、马丁·坎贝尔再度携手,主演了《佐罗的面具》第二集《佐罗传奇》,在这集中泽塔-琼斯饰演的伊莲娜和佐罗有了爱的结晶,但他们夫妻间的感情却出现了裂痕。
2007年,与艾伦·艾克哈特、阿比盖尔·布蕾斯琳主演了斯科特·希克斯执导的浪漫爱情喜剧《美味情缘》,这是凯瑟琳·泽塔-琼斯产后复出的首部作品。
2009年12月13日,凯瑟琳·泽塔-琼斯在纽约WalterKerr剧院登上了百老汇舞台,重新演绎了经典音乐剧《小夜曲》,获得好评。
2010年,凯瑟琳·泽塔·琼斯由于对影视业的突出贡献获得英女王颁发的CBE勋章。
2012年,参演了由亚当·山克曼执导,汤姆·克鲁斯、朱莉安·浩夫、玛丽·布莱姬和亚历克·鲍德温等联袂主演的歌舞片《摇滚年代》,凯瑟琳·泽塔-琼斯扮演一心想根除洛杉矶摇滚热潮的市长夫人。
2013年,搭档布鲁斯·威利斯、约翰·马尔科维奇、海伦·米伦等联袂主演了动作片《赤焰战场2》,饰演布鲁斯·威利斯的老情人、俄罗斯特工“卡蒂亚”。
2014年10月31日,确认出演传记电影《教母》,凯瑟琳·泽塔·琼斯在影片中出演哥伦比亚传奇女毒枭格里赛达·布兰科。