Catherine Willows ble født på en ranch i Montana. Hun var den eldste datteren av fjerde generasjon rancheiere, men det landlige livet var ikke noe for henne. Hun dro hjemmefra første gang som 16-åring, og bodde i Seattle i ett år sammen med sin aspirerende rockestjerne av en kjæreste. Da han forlot henne for en eldre kvinne, dro hun hjem igjen, men fant ut at hjemmet hennes ikke var der lenger. Foreldrene hennes hadde blitt tvunget til selge ranchen og flyttet inn til byen. De gjorde det helt klart at Catherine måtte klare seg på egen hånd.

Eksotisk danser
Catherines neste stopp var Las Vegas. Hun jobbet som servitør helt til hun oppdaget en mer lukrativ karrierevei: Eksotisk dansing. Mennene elsket henne, og pengene strømmet inn. Catherine brukte alt på skolegang og på kjærestens lovende karriere som musikkprodusent. Snart var hun forlovet, og deretter gift. Da det turbulente forholdet tok slutt, forlot kjæresten henne med ti dollar i banken og ansvaret for den lille datteren Lindsey.

En lykkerus
Catherine klarte å samle seg for både sin egen- og sin datters skyld. Hun ble ikke kriminaletterforsker fordi hun ville gjøre noe med all urettferdighet i verden. Det var heller fordi det får henne til å føle seg som et barn som løser en gåte. Hun elsker utfordringen av å løse en sak – for henne er det en lykkerus, og alt som får Catherine til å føle seg bra er sikkert ikke så dumt. Et av høydepunktene i karrieren som etterforsker var i sesong 9 da hun tok over for medarbeideren Grissom og sa seg villig til å ta over lederansvaret for teamet.

Catherines spesialitet er analyse av blodmønster.