Caterina Scorsone urodziła się 16 października 1981 roku w Toronto (Kanada). Jej matka jest antropologiem społecznym, a ojciec dyrektorem wykonawczym "Klubu Dobrego Sąsiada" (Good Neighbours' Club), powstałym, by pomagać mężczyznom powyżej pięćdziesięciu lat, którzy żyją w ubóstwie. Ma czworo rodzeństwa - dwie starsze siostry bliźniaczki oraz młodszą siostrę i brata. Dorastała w domu pełnym miłości i empatii. Dlatego Caterina wciąż wspiera organizację charytatywną ojca, a także wierzy, że poprzez aktorstwo inspiruje i pomaga innym. Uczęszczała do szkoły Cardinal Carter Academy for the Arts w Toronto, gdzie występowała m. in. w musicalu "Oklahoma!". Scorsone swoją karierę telewizyjną rozpoczęła mając 8 lat - wówczas wystąpiła w telewizyjnym programie dla dzieci, "Mr. Dressup". W 1998 roku otrzymała rolę w jednym z kanadyjskich projektów radia CBS, "Peggy Delaney". W latach 1998-2000 grała Michelle Parker, córkę Bretta Parkera, głównego bohatera w serialu "Twarda gra". Za tę rolę otrzymała swoją pierwszą nominację do nagrody Gemini Award (jest to kanadyjski odpowiednik nagrody Emmy). W 1999 roku zagrała niewielką rolę w filmie Agnieszki Holland pt. "Trzeci cud". W 2001 roku zagrała w filmie "Ten okropny rok!". Reżyser filmu, Eric Stoltz zapamiętał aktorkę i polecił ją później Shondzie Rhimes, gdy ta poszukiwała kogoś do roli Amelii Shepherd w popularnym serialu "Prywatna praktyka". W 2003 roku aktora otrzymała główną rolę w serialu "Poszukiwani". Grana przez nią postać, Jess Mastriani to młoda kobieta, która w swoich wizjach widzi zaginione osoby, a po ocaleniu kilku z nich dołącza do FBI. W 2005 roku Scorsone, po zdobyciu tytułu licencjata na University of Toronto oraz po nakręceniu trzech serii "Poszukiwanych", przeprowadziła się do Los Angeles. W 2008 roku wystąpiła gościnnie w serialu "Miasto Gniewu". Rok później zagrała, także gościnnie, Joanne Delgado w serialu "Castle". W 2009 roku jako Alicja Hamilton zagrała w uwspółcześnionej wersji klasycznej bajki zatytułowanej "Alicja". Za tę rolę otrzymała kolejną nominację do nagrody Gemini Award. W czasie trwania kręcenia tego mini-serialu, 27 czerwca 2009 roku aktorka pojechała do Toronto, by wziąć ślub z amerykańskim muzykiem, Robem Gilesem. W 2010 roku Scorsone wystąpiła w filmie "Furia" u boku Mela Gibsona. W tym samym roku dołączyła do obsady spin-off'u amerykańskiego serialu "Chirurdzy", zatytułowanego "Prywatna praktyka" jako dr Amelia Shepherd, siostra Dereka Shepherda (w tej roli Patrick Dempsey). Za tę rolę otrzymała nagrodę Prism Award w kategorii najlepszy występ w serialu dramatycznym. W 2012 roku aktorka zaszła w ciążę, co wpisano w scenariusz serialu. W roli dr Amelii Shepherd wystąpiła także gościnnie w serialu "Chirurdzy" - najpierw w 2010 roku, później w 2012, a w 2014 roku dołączyła do głównej obsady serialu. W tym samym roku otrzymała rolę Celii w filmie "November Man" u boku Pierce'a Brosnana. W 2016 roku urodziła swoje drugie dziecko - Palomę Michaelę Giles.