Кэтлин получила широкую известность благодаря популярному во всём мире телесериалу «Беверли Хиллз 90210». Получив роль Клэр Арнольд в 1993 году, актриса не предполагала задерживаться в этом телешоу на целых 4 года — её и приглашали всего на 5 серий. Но она так удачно вписалась в дружную молодёжную команду, что покорила всех поклонников сериала.
В 1997 году Кэтлин обручилась с режиссёром Греггом Араки. В том же году она получила роль в картине Грегга Араки «Нигде». После работы в фильме «Нигде» Кэтлин снялась в фильме: «Собачий парк» (1998) год и, снова у Грегга Араки, в «Роскошная жизнь» (1999) год.
В сексуальной драме режиссера Остина Чико «Логика измены», Кэтлин сыграла одну из главных ролей вместе с Марком Руффало. Этот фильм был представлен в номинации «Лучший драматический фильм» на фестивале «Сандэнс».
За роль в фильме «Туловище: История Эвелин Дик», где Робертсон сыграла печально известную канадскую убийцу Эвелин Дик, она была номинирована в категории «Лучшая актриса» на премии «Gemini Awards» в Канаде в 2002 году.
Робертсон снималась в телесериале Дэвида Э. Келлей «Клуб девочек». Кэтлин вместе с Биллом Мюрреем также появилась в комедии режиссёра Джона Макногтона «Поговорим о Сексе». Затем Кэтлин получает эпизодическую роль (официантка в кафе) в фильме кинокомпании «New Line Cinema» — «Я — Сэм», где её партнёром стал Шон Пенн. Далее актриса получила роль Тео в сиквеле Кинана Айвори Уайанса от кинокомпании Dimension Films к блокбастеру «Очень страшное кино» — «Очень страшное кино 2». Помимо этого, Кэтлин вместе с Минни Драйвер играла в фильме, как «Красивая», в котором режиссёром была дважды оскароносная актриса Салли Филд, а также у режиссера Брюса МакКалоха в фильме «Собачий Парк», и в картине «Psycho Beach Party», которая стала победителем на кинофестивале «Сандэнс».
За главную роль в фильме Последный поворот Кэтлин Робертсон была вновь номинирована в категории «Лучшая актриса» премии «Gemini Awards» в 2007 году.
Хотя Робертсон неоднократно высказывала свое негативное отношение к телевидению и, особенно, к реалити-шоу, она сама выступила в качестве продюсера телесериала "The Business", где сыграла главную роль; и так же получила главную роль в фантастическом минисериале «Tin Man», её игру в котором журнал Independent Film Quarterly назвал феноменально успешной.
В 2000 году Кэтлин развелась со своим мужем Греггом Араки, а в 2008 году вышла замуж за Криса Коулса (Chris Cowles) и у них 9 июля родился сын, которого назвали Вильям (William Robertson Cowles).