Après une licence de philosophie, Catherine Mouchet intègre le Conservatoire National Supérieur d'Art Dramatique, où elle suit les cours de Jacques Lassalle et Claude Régy. De 1979 à 1981, elle se produit sur scène au Théâtre de la Mie de Pain.Elle enchaîne les pièces - Le Vaisseau fantôme (1982), Intermèdes (1983), Monsieur Vitrac (1984) et Intérieur (1985) -, avant de décrocher le rôle-titre de Thérèse, qui lui vaut le Prix du Jury du Festival de Cannes en 1986, le César du Meilleur Espoir Féminin (1987) et le Prix Romy Schneider (id.). Faisant quelques apparitions dans Si le soleil ne revenait pas (1987), Bonsoir (1994) et Fin août, début septembre (1998), elle retrouve un rôle marquant, celui de la secrétaire Lucie, dans Ma petite entreprise (1999) de Pierre Jolivet.Faisant preuve d'une certaine discrétion, Catherine Mouchet devient une actrice incontournable au tournant des années 2000. Professeur de mathématiques dans Mortel transfert (2001) et comptable dans HS Hors Service (id.), elle incarne à deux reprises une prostituée dans Du côté des filles (id.) et Rue des plaisirs (2002). Elle excelle par ailleurs dans les rôles de confidente : Jean-Pierre Léaud, en réalisateur de films porno, se livre à elle dans Le Pornographe (2001), tandis qu'elle se fait le témoin des problèmes de coeur de Daniel Auteuil dans Petites coupures (2003) de Pascal Bonitzer.
