Catherine Corsini entreprend une formation de comédienne et suit les cours du Conservatoire. Mais elle prend ses distances avec le métier d’actrice et souhaite s’orienter vers la réalisation. Son premier long métrage, Poker (1998) ne suscite pas l’enthousiasme mais est porté par Caroline Cellier.
Les amoureux (1994), qui révèle Nathalie Richard, est présenté dans la section Cinémas en France du Festival de Cannes et remporte le Prix de l’Aide à la création de la Fondation Gan pour le cinéma. Ce récit sur une relation frère/sœur ne manque pas de charme et distille un ton post-Nouvelle Vague.
Catherine Corsini connaît un grand succès avec La nouvelle Ève (1999), au scénario subtil, et bien servi par l’interprétation de Karin Viard. La suite de sa filmographie est en demi-teinte.
La répétition (2001) est présenté en compétition officielle à Cannes. Le film qui relate une troublante amitié entre deux femmes (Emmanuelle Béart et Pascale Bussières) divise les festivaliers et ne trouve pas son public. Mariées mais trop (2003), Les ambitieux (2006) et Partir (2009) sortent dans une quasi-indifférence générale. Sélectionné à Un Certain Regard, Trois mondes (2012) suscite des réactions contrastées. Olivier De Bruyn y voit « un scénario démonstratif », quand Virgile Dumez évoque « une mise en scène maîtrisée de bout en bout ».
La belle saison (2015) qui décrit un amour entre deux femmes (Cécile de France et Izïa Higelin) est plus réussi et reçoit un prix au Festival de Locarno. Adapté d’un roman de Christine Angot, Un amour impossible (2018) avec Virginie Éfira et Niels Schneider reçoit quatre nominations aux César.
En 2021, La fracture, interprété par Valeria Bruni-Tesdeschi, Marina Foïs et Pio Marmaï, est en compétition officielle au Festival de Cannes. Une première pour la cinéaste en 20 ans. Le film est toutefois un échec commercial.
Après hésitation, Thierry Frémaux sélectionne Le retour en compétition officielle en 2023, sur fond de polémiques liées à la non protection d’une adolescente sur le tournage d’une scène et d’un comportement autoritaire.
