Cantant de jazz i de blues. Filla de Luis Russell, qui va ser molt de temps el director musical de Louis Armstrong. La seva mare, Carline Ray, estava diplomada alhora en la Juilliard i en la Manhattan School of Music i va actuar amb la Internacional Sweethearts of Rhythm durant la Segona Guerra Mundial.

De 2002 a 2004, Russell va col·laborar amb David Bowie com a membre del seu grup, assegurant els cors i tocant la guitarra, els teclats i les percussions en les gires Heathen Tour, A Reality Tour i el seu àlbum de 2003 Reality.

El 2004, quan Bowie cessa de fer gires, Catherine desitjava bolcar-se en la seva carrera com a cantant solista de jazz i de blues. A partir de llavors ha resultat una intèrpret respectada d’estàndards populars o oblidats. Ha concebut cinc àlbums molt ben produïts (un cada dos anys), recolzats per una planificació intensiva de gires a Àsia, Austràlia, Europa i Estats Units.

Les seves arrels de jazz profundes i autèntiques, la bona reputació de les seves prestacions, els seus concerts importants en sales dedicades al jazz i a altres músiques (com el Carnegie Hall i el Lincoln Center) han fet que Russell sigui cèlebre en el món del jazz.

La seva recuperació de la cançó de 1920 Crazy Blues ha estat utilitzada en l’episodi 10 de la primera temporada de la sèrie Boardwalk Empire de HBO. Aquesta cançó era al disc de la banda original que ha guanyat el 2012 el Grammy Award de la millor compilació per als mitjans de comunicació visuals en la 54a cerimònia dels Grammy Awards.

El 2019, Russell va aparèixer com a personatge en el llargmetratge biogràfic Bolden!, sobre el primer intèrpret de jazz.

Harlem on my Mind ha estat el seu tema més elogiat.