Die Rolle des schönen "Bond"-Girls neben Daniel Craig in dessem ersten Bond-Abenteuer "James Bond 007 - Casino Royale" (2006) machte die schöne Sardinierin Caterina Murino über Nacht einem weltweitem Publikum bekannt. Ihr Karriere begann Murino 1996 mit der Teilnahme an den italienischen Miss-Wahlen, bei denen sie den vierten Platz belegte. Doch man war auf sie aufmerksam geworden, fortan arbeitete sie als Model und war unter anderem in internationalen Werbespots für Firmen wie Mastercard, Swatch, Mercedes Benz und Nescafe zu bewundern.
Nach einem zweijährigen Schauspielstudium an der Scuola di Cinema e Teatro di Francesca de Sapio (1999-2000) spielte Caterina zunächst Theater ("Richard III.", "And Then There Were None") und hatte erste kleinere Rollen in Filmen wie Giacomo Battiatos Historienkomödie "Casanova - Ich liebe alle Frauen" (mit Stefano Accorsi, Katja Flint und Thierry Lhermitte) oder in Bernd Fischerauers Melodram "In der Mitte eines Lebens" (beide 2002). Ihre erste Kinorolle spielte sie schließlich ebenfalls 2002 in "Nowhere" (2002) an der Seite von Hollywood-Star Harvey Keitel.
Ihre Dreisprachigkeit (italienisch, französisch, englisch) führte in der Folgezeit dazu, dass Caterina sowohl in Italien als auch in Frankreich in Nebenrollen besetzt wurde, man denke nur an Thierry Chaberts Drama "Des jours et des nuits", Alain Berbérians Actionkomödie "L'enquête Corse" (beide 2004, mit Jean Reno), Philippe de Chauverons Komödie "L'amour aux trousses" (2005, mit Jean Dujardin) oder Patrice Lecontes Komödie "Les Bronzés 3: amis pour la vie" (2006, mit Josiane Balasko, Michel Blanc und Christian Clavier).
Nach ihrem erfolgreichen "Bond"-Auftritt wurden endlich auch die Rollen größer: In der Komödie "Die Girls von St. Trinian" sah man sie als Miss Maupassant an der Seite von Rupert Everett und Colin Firth, und in der mehrfach preisgekrönten Komödie "Nicht dran denken" schlüpfte sie in die Rolle des schönen Callgirls Nadine. 2008 verpflichtete Regisseur Pascal Bonitzer Caterina für seinen Mystery-Streifen "Le grand alibi" mit Miou-Miou, Lambert Wilson und Valeria Bruni-Tedeschi und für Alexandre Arcadys Actiondrama "Comme les 5 doigts de la main" (2010) stand sie mit Patrick Bruel vor der Kamera.
Einem breiten deutschen Fernsehpublikum wurde Caterina Murino schließlich 2012 als Tania Moretti an der Seite von Rufus Sewell als italienischer Polizeikommissar Aurelio Zen in der gleichnamigen, dreiteiligen Krimi-Reihe ( "Aurelio Zen - Vendetta", "Aurelio Zen - Himmelfahrt" und "Aurelio Zen - Entführung auf italienisch") und durch den Mehrteiler "Odysseus", in dem sie die Hauptrolle der Penelope spielte, bekannt. Privat singt und tanzt Caterina gern, übt sich in Flamenco und orientalischen Tänzen und reitet oft.
Weitere Filme und Serien mit Caterina Murino: "Le Ragazze di Miss Italia" (2000), "Don Matteo" (Serie, 2002), "Orgoglio" (2003), "Part Time" (2004), "Vientos de agua" (Serie, 2006), "Non pensarci" (2007), "Il seme della discordia", "Made in Italy", "XIII - Die Verschwörung", "Donne assassine" (Serie, alle 2008), "Die! - Ein Spiel auf Leben und Tod" (2010), "Équinoxe", "XIII" (Serie), "Traue niemandem" (alle 2011).