Fiica lui Jim si al lui Evelyn Keener, Catherine a urmat cursurile liceale precum si cele ale Colegiului Wheaton din orasul Norton, Massachusetts, locuind la matusa ei.
Cariera de actrita a lui Catherine Keener a inceput in anul 1986, cand a primit un rol secundar in productia About Last Night, din acest moment cariera acesteia urmand o treapta ascendenta, Catherine primind roluri alaturi de nume mari cum ar fi Brad Pitt sau John Malkovich.
Printre filmele in care aceasta a jucat se numara Johnny Suede (1991), Living in Oblivion (1995), Box of Moonlight (1996), The Real Blonde (1997), Being John Malkovich (1999), pentru ultimul film primind si o nominalizare la premiile Oscar.
In anii 2000 cariera de actrita a lui Catherine Keener era in continua dezvoltare, aceasta primind roluri si in productiile Full Frontal, Death to Smoochy sau Simone (2002), The 40 Year Old Virgin (2005), sau Capote, rol pentru care a primit o a doua nominalizare la Oscar pentru rolul autoarei Harper Lee.
Catherine Keener, pe numele complet Catherine Ann Keener, de origine irlandeză din partea tatălui ei și de origine libaneză din partea mamei ei, s-a născut la 26.03.1959, în Miami, Florida, SUA. Keener a fost crescută în Hialeah, a urmat școli catolice, inclusiv cursurile Liceului Monsenior Edward Pace. Sora lui Keener, Elizabeth Keener, este, de asemenea, actriță și agent imobiliar care lucrează pentru Sotheby's din Los Angeles. La Colegiul Wheaton ea s-a specializat în Studii Americane, înscriindu-se și la un curs de teatru. Prima ei producție teatrală a fost piesa lui Wendy Waserstein, Uncommon Women and Others, în timpul anului de junior la Wheaton. Ea a absolvit cu licența în arte de la Wheaton College în 1983. Keener a avut un rol secundar, Lt. Cricket Sideris, în serialul de televiziune Ohara, care a durat din ianuarie 1987 până în mai 1988. Prima ei apariție în film a fost în About Last Night...(1986). Keener l-a cunoscut pe viitorul ei soț, actorul Dermot Mulroney, în 1987, în timp ce lucra la Survival Quest (1989), după ce Mulroney a rămas blocat în timp ce încerca să escaladeze o stâncă. Ea a jucat, de asemenea, într-un episod din Seinfeld numit The Letter. A câștigat apoi primul ei rol principal, în Johnny Suede, alături de Brad Pitt. Performanța ei a câștigat aprecieri de critică și i-a adus prima ei nominalizare la Independent Spirit Award pentru cea mai bună interpretare feminină. Ea a lucrat din nou cu regizorul Tom Dicillo, în Living in Oblivion (1995). Doi ani mai târziu, a fost din nou nominalizată la un Independent Spirit Award pentru interpretarea ei din Walking and Talking, un film de comedie independent regizat de Nicole Holofcener. În 2001, ea a lucrat cu această regizoare în Lovely and Amazing, obținând o a treia nominalizare la Independent Spirit Award. În 2002, a jucat împreună cu Edward Norton pe Broadway în Burn This și în filmul Death to Smoochy, iar alături de Al Pacino în Full Frontal și Simone. Actrița a portretizat femei nemulțumite și melancolice, dar simpatice în filme independente, precum și roluri secundare în filme de studio. Ea a fost nominalizată de două ori la Premiul Oscar la categoria Cea mai bună actriță în rol secundar pentru Being John Malkovich (1999) și pentru interpretarea autoarei Harper Lee din Capote (2005). În 2005, a jucat în The Interpreter, ca agent al Serviciului Secret, alături de Sean Penn, și în Balada lui Jack și Rose, cu Daniel Day-Lewis. Keener a avut roluri și în filmele The 40-Year-Old Virgin (2005), Friends with Money (2006), Into the Wild (2007), Synecdoche, New York (2008, cu Philip Seymour Hoffman), An American Crime (2008, a primit o nominalizare la Emmy la categoria Cea mai bună actriță într-un mini-serie TV sau la categoria Film), Percy Jackson & the Olympians: The Lightning Thief (2010), A Late Quartet (2012, cu Philip Seymour Hoffman), Show Me a Hero (2015), Unless (2016), Get Out (2017), Incredibles 2 (2018). Keener este preferata regizoarei Nicole Holofcener, jucând în fiecare dintre primele cinci filme ale acesteia. De asemenea, a apărut în fiecare dintre primele patru filme ale regizorului Tom DiCillo și în trei filme regizate de Spike Jonze. Din 2018 până în 2020, a jucat în serialul de dramă Glumesc. Keener a jucat în miniseria de dramă Brand New Cherry Flavour (2021). În septembrie 2022, a fost anunțat că ea a fost distribuită în Joker: Folie a Deux, continuarea filmului Joker din 2019, programată pentru lansare pe 4 octombrie 2024. În plan personal, Keener s-a căsătorit cu actorul Dermot Mulroney în 1990. Au un fiu, Clyde, născut în 1999, care este cântăreț. Mulroney a cerut divorțul în iunie 2007, invocând diferențe ireconciliabile, iar divorțul s-a pronunțat definitiv pe 19 decembrie 2007.
