Cattrall și-a început cariera după ce a absolvit Liceul Georges P. Vanier în 1972, când a părăsit Canada pentru New York City. Acolo, a urmat cursurile Academiei Americane de Artă Dramatică, iar la absolvire a semnat un contract de cinci ani pentru un film cu regizorul Otto Preminger. Și-a făcut debutul în film în thrillerul de acțiune Rosebud (1975) al lui Preminger. Un an mai târziu, Universal Studios a cumpărat acel contract, iar Cattrall a devenit unul dintre ultimii participanți la sistemul de actori cu contract al Universal (denumit și MCA/Universal în această perioadă) înainte ca sistemul să se încheie în 1980. Reprezentanta sistemului Universal din New York, Eleanor Kilgallen (sora lui Dorothy Kilgallen), a distribuit-o pe Cattrall în numeroase roluri de guest-star la televiziune. Unul dintre primele locuri de muncă pe care i le-a obținut Kilgallen a fost într-un episod din 1977 al serialului Quincy, M.E., cu Jack Klugman, pe care Kilgallen îl reprezenta de asemenea.

În 1978, Cattrall a jucat rolul interesului amoros al unui psiholog criminal într-un episod din Columbo și, de asemenea, în „Blindfold”, un episod din serialul de acțiune din anii 1970 Starsky & Hutch, în care Starsky (interpretat de Paul Michael Glaser) este îndurerat de faptul că a orbit accidental personajul lui Cattrall, tânăra artistă Emily Harrison, cu un foc de armă. A jucat în The Bastard (1978) și The Rebels (1979), două miniserii de televiziune bazate pe romanele omonime ale lui John Jakes. În 1979, a interpretat rolul Dr. Gabrielle White în The Incredible Hulk și va rămâne în istoria televizată a lui Hulk ca fiind unul dintre puținele personaje care știa că David Banner (alter ego-ul personajului principal) trăiește și că este creatura. Munca ei în televiziune a dat roade și a făcut rapid trecerea la cinematografie. A jucat alături de Jack Lemmon în filmul Tribute (1980), nominalizat la Oscar, și în Crossbar, filmul despre un săritor în înălțime care își pierde piciorul și participă totuși la probele olimpice, cu ajutorul lui Cattrall. În anul următor, a apărut în Ticket to Heaven.

În 1982, Cattrall a jucat rolul profesoarei de educație fizică Miss Honeywell în Porky’s, urmat doi ani mai târziu de un rol în filmul original Police Academy. În 1985, ea a jucat în trei filme: Turk 182, City Limits și Hold-Up, ultimul cu starul francez Jean-Paul Belmondo. În 1986, a interpretat-o pe iubita cerebrală a lui Kurt Russell în filmul de acțiune Big Trouble in Little China. În 1987, rolul ei principal din filmul de comedie cult Mannequin s-a dovedit a fi un mare succes de public. Unul dintre cele mai cunoscute roluri de film ale sale este cel al locotenentului Valeris din Star Trek VI: The Undiscovered Country; Cattrall a ajutat la dezvoltarea personajului, creându-și propria coafură și chiar a contribuit la găsirea numelui.

În afară de activitatea sa cinematografică, Cattrall este, de asemenea, actriță de teatru, având la activ interpretări în A View from the Bridge de Arthur Miller și în Three Sisters și Wild Honey de Anton Cehov. În plus, ea poate fi ascultată citind poezia lui Rupert Brooke pe CD-ul Red Rose Music SACD Sampler Volume One. În 1997, a fost distribuită în Sex and the City, serialul lui Darren Star care a fost difuzat pe HBO. În rolul Samanthei Jones, Cattrall a căpătat recunoaștere internațională. Ea a profitat de succesul ei apărând în reclame de televiziune aburinde pentru promovarea Pepsi One. Sex and the City a fost difuzat timp de șase sezoane și s-a încheiat ca serial săptămânal în primăvara anului 2004 cu 10,6 milioane de telespectatori. Cattrall a reluat rolul Samanthei Jones în filmul Sex and the City, lansat la 30 mai 2008. Ea a apărut, de asemenea, în continuarea filmului lansat în mai 2010. Pentru rolul ei din serialul de televiziune, a fost nominalizată la cinci premii Emmy și la patru premii Globul de Aur, câștigând unul în 2002. De asemenea, a câștigat două premii de ansamblu Screen Actors Guild Awards, împărțite cu colegele sale Sarah Jessica Parker, Kristin Davis și Cynthia Nixon. În 2005 a fost clasată pe locul opt în topul celor mai sexy 50 de vedete ale tuturor timpurilor realizat de TV Guide. În 2008, a fost onorată în cadrul Cosmopolitan UK Ultimate Women Of The Year Awards cu premiul Ultimate Icon Award pentru rolul „Samantha” din serialul de succes. De asemenea, a primit premiul NBC Universal Canada Award of Distinction la Banff World TV Festival din 2008.

Cattrall în 2007

În 2005, a apărut în filmul Disney Ice Princess, în care a interpretat-o pe Tina Harwood, antrenoarea de patinaj pe gheață a personajului principal al filmului. A interpretat-o pe Claire, o femeie paralizată care vrea să moară, în reluarea dramei din West End Whose Life Is It Anyway. În acel an, a fost distinsă de revista Glamour Magazine cu premiul „Woman of the Year Awards” pentru actriță de teatru. În octombrie 2006, a apărut, cu recenzii entuziaste, într-o producție West End a piesei The Cryptogram a lui David Mamet la Donmar Warehouse din Londra. De la sfârșitul anului 2005, a apărut într-o serie de reclame la televiziunea britanică pentru Tetley Tea. În iulie 2006, o reclamă pentru autoturismele Nissan, în care Cattrall apărea în rolul Samanthei Jones, a fost retrasă de la televiziunea neozeelandeză, aparent din cauza plângerilor legate de insinuările acesteia. Ulterior, ea a jucat alături de Brendan Gleeson în filmul lui John Boorman The Tiger’s Tail (2006), o comedie neagră care se concentrează asupra impactului economiei Tigrului Celtic asupra irlandezilor. La ITV, a jucat alături de David Haig, Daniel Radcliffe și Carey Mulligan în My Boy Jack, povestea căutării de către autorul Rudyard Kipling a fiului său pierdut în Primul Război Mondial

În 2009, Cattrall a interpretat-o pe Amelia Bly în bine primitul film The Ghost Writer al lui Roman Polanski și a dat voce personajului Dee în serialul canadian de animație pentru adulți Producing Parker, acesta din urmă, pentru care a primit un Gemini pentru cea mai bună interpretare într-un program sau serial de animație în 2010. Ulterior, în 2009, s-a anunțat că Cattrall va primi o stea pe Walk of Fame din Canada, în Toronto, Ontario. Ceremonia de inaugurare a avut loc la 12 septembrie 2009. În noiembrie 2009, în timp ce filma Sex and the City 2 în Marrakech, Maroc, a luat parte la un seminar, „Being directed”, cu regizorul John Boorman, în cadrul celei de-a treia ediții a Festivalului Arts in Marrakech. La 24 februarie 2010, Cattrall a început să joace în West End din Londra, la Vaudeville Theatre, în rolul principalei actrițe, Amanda, alături de Matthew Macfadyen, într-o reluare a piesei Private Lives a lui Noël Coward. A jucat până la 3 mai 2010 și a primit o nominalizare la Whats on Stage 2011 pentru „Cea mai bună actriță”. În același an, Cattrall a jucat rolul Gloriei Scabius (din nou alături de Macfadyen) în adaptarea aclamată de critici a Channel 4 a romanului lui William Boyd, Any Human Heart.

Cattrall a jucat rolul Cleopatrei într-o producție a piesei Antony and Cleopatra, în regia lui Janet Suzman, alături de Jeffery Kissoon în rolul lui Anthony, în Liverpool, la Playhouse, în octombrie 2010, cu o reluare ulterioară la Chichester Festival Theatre (cu Michael Pennington în rolul lui Anthony) în septembrie 2012. În 2010, Cattrall a fost numită membru de onoare al Universității John Moores din Liverpool, în semn de recunoaștere a contribuției sale la arta dramatică. În 2011, Cattrall și-a reluat rolul Amandei într-o producție a piesei Private Lives de Noël Coward, alături de actorul canadian Paul Gross, la Toronto și pe Broadway. Criticul de teatru The New York Times a apreciat foarte mult interpretarea lui Cattrall și a primit o nominalizare la Drama League Award. În acel an, Cattrall a apărut, de asemenea, în Uptown Downstairs Abbey, parodia Comic Relief a dramelor istorice de televiziune Downton Abbey și Upstairs, Downstairs, aclamate de critici. Interpretând-o pe Lady Grantham, ea a jucat alături de Jennifer Saunders, Joanna Lumley, Victoria Wood, Harry Enfield, Patrick Barlow, Dale Winton, Olivia Colman, Tim Vine, Simon Callow, Michael Gambon și Harry Hill.

În perioada iunie-august 2013, Cattrall a fost programată să joace în producția de la Old Vic a piesei Sweet Bird of Youth de Tennessee Williams, regizată de Marianne Elliott, laureată a premiului Olivier. În 2014, ea a jucat și a fost producătoarea executivă a serialului Sensitive Skin de la HBO Canada și adaptarea pop a serialului britanic din 2005. În 2015, serialul a fost nominalizat pentru un premiu internațional Emmy. Serialul a fost nominalizat la numeroase premii Canadian Screen Awards, Cattrall primind o nominalizare în 2017 pentru rolul Davina Jackson din serial. Serialul este acum disponibil pentru streaming pe Netflix.

La 17 iulie 2015, Cattrall a fost distribuită în rolul principal al Lindei într-o nouă piesă de Penelope Skinner, care va fi regizată de Michael Longhurst și produsă la Royal Court Theatre din Londra. Ea a fost nevoită să renunțe la această producție cu câteva zile înainte de premieră, din cauza unei „insomnii cronice și debilitante”. S-a întors la New York și a început un program de terapie cognitiv-comportamentală pentru a se antrena să poată dormi mai bine. Terapia a avut succes; aceasta a inclus dezvoltarea anumitor ritualuri de seară, îndepărtarea dispozitivelor electronice din dormitorul ei și limitarea utilizării patului la două activități, dintre care una ar fi dormitul. Între timp, pentru premiera programată în decembrie 2015 a piesei lui Skinner, actrița Noma Dumezweni a preluat rolul, fiind aclamată și făcând multă publicitate. Cattrall s-a destăinuit în cadrul emisiunii BBC Women’s Hour despre călătoria ei prin insomnie și despre modul în care a reușit să o gestioneze. Ulterior, Cattrall a revenit în același an pentru a fi invitată la emisiunea BBC Women’s Hour pentru a discuta despre „Choosing to Be Child Free” și „Being a Parent Without Giving Birth”, care a stârnit reacții și opinii controversate. De asemenea, a fost văzută în 2015 în scurtmetrajul SkyArts Ruby Robinson, o comedie fizică în care Cattrall a jucat rolul lui Ruby, o femeie care trăiește cu o trupă de ajutoare acrobate neobișnuite, care primește o lecție valoroasă de la nepotul ei.

Catrall a luat parte la BBC Arts’ I’m with the Banned, evenimentul emblematic al celebrării celei de-a zecea aniversări a Belarus Free Theatre (BFT). Comandat de The Space, concertul a avut loc la KOKO din Londra și a fost transmis în întreaga lume. Compania radicală underground BFT a reunit o formație unică de muzicieni și artiști pentru a lua atitudine pentru libertatea de exprimare artistică și împotriva nedreptății.

În 2016, Cattrall a jucat în miniseria BBC Martorul acuzării, bazată pe povestirea Agatha Christie. Celebra miniserie în două părți a fost nominalizată pentru un premiu BAFTA 2017 pentru „Cea mai bună miniserie”. În 2017, Cattrall s-a alăturat, de asemenea, distribuției serialului suedez de succes Modus, interpretând rolul președintelui Statelor Unite. Modus a fost difuzat pentru prima dată în Suedia în 2015 și a fost difuzat ulterior de BBC Four în Marea Britanie. Emisiunea este difuzată și în Canada, Australia, Franța și Japonia și este gestionată de FremantleMedia International.

În 2020, Cattrall a revenit la televiziune în drama Fox Filthy Rich, unde a jucat rolul lui Margaret Monreaux, matriarhul unei familii sudiste care a devenit mega-bogată și faimoasă pentru că a creat o rețea de televiziune creștină de mare succes. După ce soțul ei moare într-un accident de avion, Margaret și familia sunt uimite să afle că acesta a fost tatăl a trei copii nelegitimi, toți fiind înscriși în testamentul său – ceea ce le amenință numele și averea familiei. Cattrall a fost, de asemenea, producător la acest serial. Cattrall a fost onorată la festivalul de televiziune din 2020 de la Atlanta cu premiul Icon Award pentru acest serial.