Catherine Zeta-Jones 1969-ben, egy dél-walesi család középső gyermekeként született. Édesanyja, Patricia ruhatervezőként dolgozott, édesapjának, David Jamesnek pedig édességgyártó üzeme volt. Ennek ellenére a család nem volt igazán jómódú. Catherine és testvérei szigorú katolikus neveltetésben nőttek fel és nem sok teret hagytak számukra, hogy szórakozzanak.

„Az osztálytársaim mindig irigykedtek, hogy nekünk édességgyárunk van, azt hitték, az olyan jó móka és mindig teletömjük magunkat csokival, cukorral. Pedig ez egyáltalán nem így volt. Mi már egészen kicsi gyerekként dolgoztunk abban az üzemben, s egyáltalán nem ehettünk az áruból!”- mesélte a színésznő.

A család életében, a szülők szerencsejáték függősége hozta meg a várt fordulatot, mikor százezer dollárt nyertek bingón. Ezután jobb környékre és nagyobb házba költöztek. Az akkor tizenkét éves Catherine tánc- és énekórákra is járhatott végre, hiszen előtte ilyenekre nem volt pénze a családnak.

„Kiskoromtól szerepeltem, s a család imádta. Éppen ezért volt akkora csalódás, mikor tizenhárom éves koromban azt mondta valaki, hogy nem is vagyok olyan tehetséges” - emlékezett vissza Zeta-Jones. Egy évvel később mégis szerepet kapott egy színházi darabban, ahol megismerkedett első szerelmével is. A tizenhat éves Zack, szintén játszott a darabban, így nem is meglepő, hogy a fiatalok egymásba habarodtak.
 
Catherine egy interjúban bevallotta, hogy hamar összejött a fiúval, azonban csak két évvel később feküdt le vele. Később kiderült számára, hogy kár volt ennyit várni a nagy eseményre. Az első szex, annyira rossz élmény volt számára, hogy nem sokkal később szakított is a fiúval.
Zeta-Jones tizenhét évesen már sikeres színházi színésznőnek számított és akkoriban már odavolt mostani férjéért is, Michael Douglasért.