Saltó a la fama con papeles protagónicos en películas como Porky's (1982), Police Academy (1984), Big Trouble in Little China (1986), Mannequin (1987) y Star Trek VI: The Undiscovered Country (1991).

También es conocida por su trabajo teatral, con créditos que incluyen Wild Honey (Broadway, 1986), Miss Julie (McCarter Theatre, 1993), Private Lives (West End, 2010), Antony and Cleopatra (Liverpool Playhouse, 2010) y Sweet Pájaro de la juventud (The Old Vic, 2013).

Gabrielle White en The Incredible Hulk y pasaría a la historia televisiva de Hulk como uno de los pocos personajes que sabía que David Banner (alter ego del personaje principal) estaba vivo y era la criatura.

Su trabajo en televisión dio sus frutos y rápidamente hizo la transición al cine.

Protagonizó junto a Jack Lemmon su película Tribute (1980), nominada al Oscar, y Crossbar, la película sobre un saltador de altura que pierde su pierna y aún participa en las pruebas olímpicas, con la ayuda de Cattrall.

En 1985, protagonizó tres películas: Turk 182, City Limits y Hold-Up, la última con la estrella francesa Jean-Paul Belmondo.

Además, se la puede escuchar leyendo la poesía de Rupert Brooke en el CD Red Rose Music SACD Sampler Volume One.

En 1997, participó en Sex and the City, la serie de Darren Star que se transmitió por HBO.

Ella aprovechó su éxito apareciendo en comerciales de televisión promocionando Pepsi One.

También ganó dos premios Screen Actors Guild Awards, compartidos con sus coprotagonistas Sarah Jessica Parker, Kristin Davis y Cynthia Nixon.

[7]​ Más tarde protagonizó junto a Brendan Gleeson la película de John Boorman The Tiger's Tail (2006), una comedia negra que se centra en el impacto de la economía del tigre celta en el pueblo irlandés.

En ITV, protagonizó junto a David Haig, Daniel Radcliffe y Carey Mulligan My Boy Jack, la historia de la búsqueda del autor Rudyard Kipling de su hijo perdido en la Primera Guerra Mundial.

En 2009, Cattrall interpretó a Amelia Bly en la bien recibida The Ghost Writer de Roman Polanski y prestó su voz al personaje de Dee en la comedia animada canadiense para adultos Produciendo Parker, esta última por la que recibió un premio Géminis a la mejor interpretación en un programa animado o Serie en 2010.

[8]​ En noviembre de 2009, mientras filmaba Sex and the City 2 en Marrakech, Marruecos, participó en un seminario, 'Ser dirigida' con el director John Boorman como parte de la tercera edición del Festival Arts in Marrakech.

Interpretó a Lady Grantham, protagonizó junto a Jennifer Saunders, Joanna Lumley, Victoria Wood, Harry Enfield, Patrick Barlow, Dale Winton, Olivia Colman, Tim Vine, Simon Callow, Michael Gambon y Harry Hill.

[20]​ [21]​ [22]​ Cattrall habló con BBC Woman's Hour sobre su viaje de insomnio y cómo pudo manejarlo.

También fue vista en 2015 en el corto de SkyArts Ruby Robinson, [25]​ una comedia física donde Cattrall interpretó a Ruby, una mujer que vive con un grupo de ayudantes acróbatas inusuales, a quien su sobrino le enseña una valiosa lección.

Modus se emitió por primera vez en Suecia en 2015 y luego fue transmitido por BBC Four en el Reino Unido.

En junio de 2022, Sarah Jessica Parker habló en el podcast Award Chatter de The Hollywood Reporter sobre por qué no se le pidió a Cattrall que fuera parte del resurgimiento.

En mayo de 2021, Cattrall se unió al elenco de la serie derivada Cómo conocí a vuestra madre, Cómo conocí a vuestro padre, dirigida por Hilary Duff.