Caterina Murino wurde am 15. September 1977 in Cagliari, Sardinien, Italien, geboren. 1996 erreichte sie den vierten Platz bei der Wahl zur Miss Italien. Anschließend zog sie nach Mailand, wo sie als Model für Werbespots von Mastercard, Swatch, Mercedes-Benz und Nescafé arbeitete. Von 1999 bis 2000 studierte sie Schauspiel an der Scuola di Cinema e Teatro di Francesca de Sapio in Italien. 1999 gab Murino ihr Bühnendebüt in einer Inszenierung von Richard III. und wirkte außerdem in mehreren italienischsprachigen Theaterstücken mit. 2002 begann ihre Film- und Fernsehkarriere mit kleineren Rollen in italienischen, deutschen und französischen Produktionen. Der Durchbruch gelang ihr 2004 mit der Rolle an der Seite von Jean Reno in der französischen Komödie „L'enquête Corse“ (2004). Frau Murino ist dreisprachig: Neben ihrer Muttersprache Italienisch spricht sie Französisch und Englisch. Sie ist eine vielseitige Schauspielerin und eine gute Sportlerin. Zu ihren Talenten zählen Singen, Tango, Flamenco und orientalische Tänze sowie Reiten. Sie spielt an der Seite von Daniel Craig die Rolle der Solange, eines der drei Bond-Girls, in Casino Royale (2006).