Έπαιξε σε πολλές ταινίες του κλασικού ελληνικού κινηματογράφου ενώ έμεινε αξέχαστη ως αντίζηλος της Αλίκης Βουγιουκλάκη στην ταινία «Η αγάπη μας».
Η Κατερίνα Χέλμη υποδύθηκε, μεταξύ άλλων, την αντίζηλο της Αλίκης Βουγιουκλάκη στην ταινία «Η αγάπη μας» και έμεινε στην ιστορία για την ατάκα «Τσακίσου».
Η πρώτη της εμφάνιση στον κινηματογράφο πραγματοποιήθηκε το 1957 στην ταινία Μπαρμπαγιάννης ο κανατάς αλλά η μεγαλύτερή της επιτυχία είναι Τα κόκκινα φανάρια, όπου είπε την ατάκα «Μην φύγεις, Ντόρη, θα φαρμακωθώ».
Κατά τη διάρκεια της σταδιοδρομίας της πήρε μέρος σε περισσότερες από 25 ταινίες και σε 4 τηλεοπτικές σειρές. Ασχολήθηκε επίσης με την συγγραφή αρκετών βιβλίων.
Σύζυγός της ήταν ο καθηγητής και ακαδημαϊκός Κωνσταντίνος Σβολόπουλος. Σε αντίθεση με τον σύζυγό της Κωνσταντίνο Σβολόπουλο, ο οποίος ήταν στενός φίλος του Κωνσταντίνου Καραμανλή και διευθυντής του Ιδρύματος Καραμανλή, η Κατερίνα Χέλμη δραστηριοποιήθηκε πολιτικά στο ΠΑΣΟΚ, ως μέλος της Επιτροπής Συνδικαλιστικού Επιστημόνων-Καλλιτεχνών. Στις δημοτικές εκλογές του 1994, εκλέχθηκε δημοτική σύμβουλος του Δήμου Αθηναίων με την παράταξη του Θεόδωρου Πάγκαλου.
