Due volte vincitrice di un Academy Award, è la forza ispiratrice del design della Bazmark Inq. La sua estetica ricca e distintiva è da sempre un ingrediente essenziale in tutti i progetti di Baz Luhrmann: dal cinema all'opera, dalla commedia agli eventi live. Insieme a Luhrmann, la Martin è socia della Bazmark Inq. che, con le consociate Bazmark Live e Bazmark Music, è una della società di produzioni più innovative a livello mondiale nel settore del cinema, del teatro e dello spettacolo.
Per il lavoro realizzato in Moulin Rouge!, la Martin ha vinto due Academy Award per i costumi e la direzione artistica, i premi dell'AFI per le migliori scenografie e i migliori costumi, un Film Critics Award a Los Angeles per le migliori scenografie e altri premi ancora.
Romeo + Giulietta di William Shakespeare (William Shakespeares Romeo + Juliet), di cui è stata anche produttrice associata, le ha fatto ottenere un BAFTA per le scenografie e una candidatura a un Academy Award per la direzione artistica. Nel 1993 la Martin aveva esordito nel cinema con Luhrmann nel grande successo Ballroom  Gara di ballo (Strictly Ballroom), che le è valso i premi sia BAFTA sia dell'AFI per le migliori scenografie e i migliori costumi.
La Martin ha iniziato a collaborare con Luhrmann quando ancora studiava al NIDA di Sydney. Nell'ultimo anno del corso, la Martin ha ideato le scenografie dell'allestimento curato da Luhrmann di Lake Lost per l'Australian Opera. L'opera è valsa alla Martin e al collega Angus Strathie (che ha collaborato con lei ai costumi di Moulin Rouge!) un Victorian Green Room Award per le migliori scenografie. La Martin ha curato le scenografie di tutte le produzioni successive di Luhrmann, tra cui la versione teatrale di Ballroom  Gara di ballo (Strictly Ballroom), l'opera di Puccini La Bohème ambientata nel 1957 e caratterizzata da entusiasmanti set e costumi monocromatici, Sogno di una notte di mezza estate (A Midsummer Night's Dream) di Benjamin Britten per l'Australian Opera, che le ha fatto vincere un Sydney Theatre Critic's Award per le migliori scenografie per un'opera. Nel 2002 la Martin ha ideato le scenografie per la rielaborazione di Luhrmann de La Bohème di Puccini, che ha debuttato a Broadway riscuotendo un vasto successo di critica e le ha fatto vincere l'ambito Tony Award per le migliori scenografie.
L'unica importante deroga alla collaborazione con Luhrmann è stata in occasione dell'allestimento a Sydney per il regista teatrale Neil Armfield di Diary of a Madman, interpretato dal premio Oscar Geoffrey Rush.
Gli altri progetti realizzati con Luhrmann comprendono il contributo come guest editor a un'edizione speciale di Vogue Australia (gennaio 1994) e la creazione della Bazmark Inq. e delle sue consociate nel 1997. La Martin ha debuttato alla regia producendo con la Bazmark Live al Louvre a Parigi la collezione autunno/inverno 1998 dell'acclamata creatrice di moda australiana Collette Dinnigan. Sempre con la Bazmark Live, ha guidato un gruppo di lavoro che ha ideato e progettato il Fox Studios Backlot a Sydney.
Nel 2003 la Martin ha ideato le scenografie di Chanel No. 5: The Film, per la campagna pubblicitaria internazionale del profumo, con Nicole Kidman. Al momento, è impegnata a disegnare una sua linea di accessori per la casa e complementi d'arredo dalle decorazioni esclusive, in particolare biancheria per la stanza da letto, il bagno e la sala da pranzo, destinati a una fascia medioalta di mercato. La prima linea di prodotti, in vendita dall'inizio del 2008 in Australia, verrà poi commercializzata a livello internazionale.
Catherine Martin vive in Australia con il marito Baz Luhrmann e i loro bellissimi bambini, Lillian e William.