Apparentemente altera e distaccata, ma in realtà timida, ribelle e sognante, Caterina Boratto è stata una presenza costante del cinema italiano degli anni '30 e '40, distintasi sempre per le sue spiccate doti recitative e per una bellezza luminosa e matura, ma un po' malinconica. Frequenta giovanissima il liceo musicale, dove studia anche canto. Su segnalazione dell'attrice teatrale Evelina Paoli, viene scritturata per la principale parte femminile nel film Vivere! (1937) di Guido Brignone, il cui protagonista era il celebre tenore Tito Schipa col quale nasce una storia d'amore. Di nuovo accanto a Schipa interpreta Chi è più felice di me? (1938), sempre di Brignone. Il regista Gennaro Righelli la chiama per interpretare accanto a Vittorio De Sica Hanno rapito un uomo (1938), divertente commedia dove l'attrice impersona una principessa russa. Il successo di Vivere!la rende famosa anche in America, procurandole un contratto settennale per la famosissima casa di produzione cinematografica Metro Goldwyn Mayer, nel 1939. Ma le vicende della guerra la costringono a ritornare in Italia, prima ancora di poter esordire. Il ritorno nella Torino dei bombardamenti si condensa in pagine di grande drammaticità, che fanno da sfondo all'amore per un eroe di guerra, il conte Guidi di Romena, che purtroppo morirà nel dicembre del 1942 in un incidente aereo. Caterina supera la disperazione grazie all'amicizia di Vittorio De Sica e di Giuditta Rissone. Un po' di sollievo sembra darglielo la proposta del produttore Peppino Amato di interpretare Campo de' Fiori (1943), che lei accetta subito. Sul set l'attrice incontra e si scontra con Anna Magnani, stringe amicizia con Aldo Fabrizi, Peppino De Filippo e col regista Mario Bonnard. In Italia la Boratto riprende così la sua attività, partecipando soprattutto a film di genere melò; durante uno di questi, Il romanzo di un giovane povero (1942), sembra sia nato un breve amore con l'attore Amedeo Nazzari. L'autunno del '44 è dedicato alla lotta partigiana del fratello di Caterina, Renato e alla scoperta dell'eccidio di Cefalonia, dove muore l'altro fratello Filiberto. La salvezza per lei giunge dall'ospitalità offertale in una clinica di lusso torinese, la Sanatrix di Armando Ceratto. Il loro incontro porta a un matrimonio di guerra, affrettato e difficile, mentre la clinica è trasformata in un rifugio per partigiani di Giustizia e libertà e feriti di ogni fazione. Nel dopoguerra si intrecciano vicende personali e artistiche: il ritorno a Roma dopo il disastro economico della famiglia Ceratto, la nascita della figlia Marina e l'incontro col grandissimo Federico Fellini che le propone emblematici ruoli in8 ½ (1963) e Giulietta degli spiriti (1965). Seguono altre importanti esperienze cinematografiche: Io, io, io... e gli altri (1965) di Alessandro Blasetti, Castle Keep (La presa del castello, 1969) di Sydney Pollack e Salò o le 120 giornate di Sodoma (1975) di Pier Paolo Pasolini. Negli ultimi anni sembra chiudersi il cerchio delle sue molteplici esperienze con l'operetta ( La principessa della Czardas) e il teatro pirandelliano di Giuseppe Patroni Griffi. Nei primi anni '90 torna alla ribalta interpretando uno spiritosissimo serial televisivo, intitolato Villa Arzilla.