Cattrall começou sua carreira após graduar-se na Escola Secundária Georges P. Vanier em 1972, quando ela deixou o Canadá para Nova York. Lá, ela freqüentou a Academia Americana de Artes Dramáticas, e ao se formar assinou um contrato de cinco anos com o diretor Otto Preminger. Ela estreou no thriller de ação de Preminger Rosebud (1975). Um ano depois, a Universal Studios comprou esse contrato e Cattrall tornou-se uma das últimas participantes do sistema de jogadores contratados da Universal (também referido como MCA/Universal durante esse período) antes de o sistema terminar em 1980. A representante da Universal em Nova York, Eleanor Kilgallen (irmã de Dorothy Kilgallen), interpretou Cattrall em vários papéis de estrela de televisão. Um dos primeiros trabalhos que Kilgallen conseguiu foi num episódio de 1977 de Quincy, M.E. estrelado por Jack Klugman, que Kilgallen também representou.

Em 1978, Cattrall interpretou o interesse amoroso de um psicólogo assassino num episódio de Columbo e também em “Blindfold”, um episódio da série de acção Starsky & Hutch, em que Starsky (interpretado por Paul Michael Glaser) está de luto desde que cegou acidentalmente a personagem de Cattrall, a jovem artista Emily Harrison, com um tiro da sua arma. Ela estrelou em O Bastardo (1978) e Os Rebeldes (1979), duas minisséries de televisão baseadas nos romances de John Jakes com os mesmos nomes. Em 1979, ela interpretou o papel da Dra. Gabrielle White em O Incrível Hulk e iria para a televisão como um dos poucos personagens que conhecia David Banner (alter ego do personagem do título) estava vivo e era a criatura. O seu trabalho na televisão compensou e ela rapidamente fez a transição para o cinema. Ela estrelou ao lado de Jack Lemmon em seu filme Tributo ao Oscar (1980), e em Crossbar, o filme sobre um saltador alto que perde a perna e ainda participa das provas olímpicas, com a ajuda de Cattrall. No ano seguinte, ela apareceu em Ticket to Heaven.

Em 1982, Cattrall interpretou a professora de Educação Física Miss Honeywell no Porky’s, seguido, dois anos depois, de um papel na Academia de Polícia original. Em 1985, ela estrelou em três filmes: Turk 182, City Limits e Hold-Up, o último com a estrela francesa Jean-Paul Belmondo. Em 1986, ela interpretou a chama brilhante de Kurt Russell no filme de ação Big Trouble in Little China. Em 1987, seu papel principal no filme de comédia de culto Manequim provou ser um grande sucesso de público. Um de seus papéis mais conhecidos é o de Tenente Valeris no Star Trek VI: The Undiscovered Country; Cattrall ajudou a desenvolver a personagem desenhando seu próprio penteado e até ajudou a criar o nome.

Além de seu trabalho no filme, Cattrall também é atriz de palco, com atuações em A View from the Bridge, de Arthur Miller, e Three Sisters and Wild Honey, de Anton Chekhov, em seu crédito. Além disso, ela pode ser ouvida lendo a poesia de Rupert Brooke no CD Red Rose Music SACD Sampler Volume Um. Em 1997, ela foi elenco da série Sex and the City, da Darren Star, que foi transmitida pela HBO. Como Samantha Jones, Cattrall ganhou reconhecimento internacional. Ela capitalizou seu sucesso ao aparecer em comerciais de televisão a vapor, promovendo a Pepsi One. Sex and the City correu por seis temporadas e terminou como uma série semanal na primavera de 2004 com 10,6 milhões de telespectadores. Cattrall repreendeu o papel de Samantha Jones no filme Sex and the City, lançado em 30 de maio de 2008. Ela também apareceu na sequela lançada em maio de 2010. Por seu papel na série de televisão, ela foi indicada para cinco prêmios Emmy, e quatro Globos de Ouro, ganhando um em 2002. Ela também ganhou dois prêmios de atuação de atores de cinema, compartilhados com suas co-estrelas Sarah Jessica Parker, Kristin Davis e Cynthia Nixon. Ela foi a número oito na lista das 50 estrelas mais sexy de todos os tempos da TV Guide em 2005. Em 2008 ela foi homenageada com o Cosmopolitan UK Ultimate Women Of The Year Awards com o Ultimate Icon Award por seu papel como ‘Samantha’ na série de sucesso. Ela também recebeu o prêmio NBC Universal Canada Award of Distinction no Festival Banff World TV 2008.

Cattrall em 2007

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Em 2005, ela apareceu no filme da Disney Ice Princess, no qual interpretou Tina Harwood, treinadora de patinagem no gelo da personagem principal do filme. Ela retratou Claire, uma mulher paralisada que quer morrer, no drama West End revival of Whose Life Is It Anyway? Ela foi homenageada naquele ano pela revista Glamour Magazine pelo “Woman of the Year Awards” para atriz de teatro. Em outubro de 2006, ela apareceu para fazer críticas numa produção do West End de The Cryptogram de David Mamet no Donmar Warehouse, em Londres. Desde o final de 2005, ela tem aparecido em vários comerciais de televisão britânicos para o Tetley Tea. Em julho de 2006, um comercial para carros Nissan, que apresentava Cattrall como Samantha Jones, foi retirado da televisão neozelandesa, aparentemente por causa de reclamações sobre suas insinuações. Mais tarde, ela estrelou ao lado de Brendan Gleeson no filme de John Boorman The Tiger’s Tail (2006), uma comédia de humor negro que foca o impacto da economia do Tigre Celta sobre o povo irlandês. Na ITV, ela estrelou ao lado de David Haig, Daniel Radcliffe e Carey Mulligan em My Boy Jack, a história da busca do autor Rudyard Kipling pelo filho perdido na Primeira Guerra Mundial

Em 2009, Cattrall interpretou Amelia Bly no bem recebido The Ghost Writer de Roman Polanski e deu voz à personagem Dee na sitcom canadense adulta de animação Producing Parker, esta última, pela qual foi premiada com o Gemini de Melhor Performance em um Programa ou Série de Animação em 2010. Mais tarde, em 2009, foi anunciado que Cattrall receberia uma estrela no Caminho da Fama do Canadá em Toronto, Ontário. A cerimônia de posse foi realizada no dia 12 de setembro de 2009. Em novembro de 2009, enquanto filmava Sex and the City 2 em Marrakech, Marrocos, participou de um seminário, ‘Being directed’ com o diretor John Boorman como parte da terceira edição do Arts in Marrakech Festival. Em 24 de Fevereiro de 2010, Cattrall começou uma apresentação no West End de Londres, no Teatro Vaudeville, como protagonista, Amanda, em frente a Matthew Macfadyen, num renascimento da peça Private Lives de Noël Coward. Ela actuou até 3 de Maio de 2010 e recebeu uma nomeação para o Whats on Stage 2011 para “Melhor Actriz”. No mesmo ano, Cattrall estrelou como Gloria Scabius (ao lado de Macfadyen mais uma vez) na aclamada adaptação Channel 4 do romance de William Boyd Any Human Heart.

Cattrall interpretou Cleopatra numa produção de Antony e Cleopatra, dirigida por Janet Suzman, ao lado de Jeffery Kissoon como Anthony, em Liverpool, na Playhouse em Outubro de 2010, com um reavivamento subsequente no Chichester Festival Theatre (com Michael Pennington como Anthony) em Setembro de 2012. Em 2010, Cattrall foi nomeada Fellow Honorário da Universidade John Moores de Liverpool, em reconhecimento às suas contribuições para as artes dramáticas. Em 2011, Cattrall repreendeu seu papel como Amanda em uma produção de Noël Coward’s Private Lives em frente ao ator canadense Paul Gross em Toronto e na Broadway. A crítica de teatro do New York Times delirava com a performance de Cattrall e ela recebeu uma indicação para o prêmio Drama League. Nesse ano, Cattrall também apareceu no Uptown Downstairs Abbey, a paródia de Alívio Cômico dos aclamados dramas históricos da televisão Downton Abbey e Upstairs, Downstairs. Interpretando Lady Grantham, ela estrelou ao lado de Jennifer Saunders, Joanna Lumley, Victoria Wood, Harry Enfield, Patrick Barlow, Dale Winton, Olivia Colman, Tim Vine, Simon Callow, Michael Gambon e Harry Hill.

De junho a agosto de 2013, Cattrall foi programada para estrelar na produção de Tennessee Williams’s Sweet Bird of Youth, dirigida por Marianne Elliott, vencedora do Prêmio Olivier. Em 2014, ela estrelou e produziu a Pele Sensível da HBO Canada e a adaptação pop da série britânica de 2005. Em 2015, o programa foi nomeado para um Prémio Internacional Emmy. A série foi nomeada para inúmeros Canadian Screen Awards, tendo a Cattrall recebido uma nomeação em 2017 pelo seu papel como Davina Jackson na série. O espectáculo está agora disponível para transmissão em Netflix.

A 17 de Julho de 2015, Cattrall foi elenco no papel principal de Linda numa nova peça de Penelope Skinner, a ser dirigida por Michael Longhurst e produzida no Royal Court Theatre de Londres. Ela foi forçada a desistir dessa produção alguns dias antes da abertura, devido a “insónia crónica e debilitante”. Ela voltou para Nova York e iniciou um programa de terapia cognitiva comportamental para se treinar para poder dormir melhor. A terapia foi bem sucedida; incluiu o desenvolvimento de certos rituais noturnos, a remoção de aparelhos eletrônicos do quarto e a limitação do uso da cama a duas atividades, uma das quais seria dormir. Entretanto, para a abertura prevista para Dezembro de 2015 da peça de teatro de Skinner, a actriz Noma Dumezweni assumiu o papel com muita aclamação e publicidade. Cattrall abriu para a BBC Women’s Hour em sua jornada de insônia e como ela foi capaz de gerenciá-la. Cattrall voltou mais tarde nesse ano para editar a Hora da Mulher da BBC para discutir “Escolhendo ser livre de crianças” e “Sendo um pai sem dar à luz” o que levantou controvérsias e opiniões. Ela também foi vista em 2015 no curta Ruby Robinson da SkyArts, uma comédia física onde Cattrall estrelou como Ruby, uma mulher que vive com uma trupe de acrobatas ajudantes incomuns, a quem seu sobrinho ensina uma valiosa lição.

Catrall participou do I’m with the Banned da BBC Arts, o evento emblemático das celebrações do décimo aniversário do Teatro Livre da Bielorrússia (BFT). Comissionado pelo The Space, o concerto teve lugar no KOKO de Londres e foi transmitido para todo o mundo. A companhia underground radical BFT reuniu uma formação única de músicos e intérpretes para defender a liberdade de expressão artística e contra a injustiça.

Em 2016, Cattrall estrelou na mini-série da BBC The Witness for the Prosecution baseada no conto de Agatha Christie. A célebre mini-série de duas partes foi nomeada para um prêmio BAFTA de 2017 para “Melhor Mini-série”. Em 2017 a Cattrall também se juntou ao elenco do sucesso Swedish TV Show Modus, interpretando o Presidente dos Estados Unidos. O Modus foi exibido pela primeira vez na Suécia em 2015 e mais tarde foi transmitido pela BBC Four no Reino Unido. O programa também é transmitido no Canadá, Austrália, França e Japão e é conduzido pela FremantleMedia International.

Em 2020, Cattrall voltou à TV no Fox Drama Filthy Rich, onde interpretou Margaret Monreaux, a matriarca de uma família sulista que se tornou mega-rica e famosa por criar uma rede de televisão cristã de enorme sucesso. Após a morte do marido em um acidente de avião, Margaret e sua família ficam atônitos ao saber que ele foi pai de três filhos ilegítimos, todos eles escritos em seu testamento – ameaçando seu nome de família e fortuna. Cattrall também serviu como produtor na série. Cattrall foi homenageada no festival de TV Atlanta 2020 com o Prêmio Ícone do programa.