Figlia di padre tedesco (il suo vero nome era Bachman) e madre messicana, fece la prima apparizione sullo schermo nel film L’uomo di mezzanotte con Burt Lancaster, girato in South Carolina nel 1973, in cui ha interpretò Natalie Claiburn, vittima di un assassinio.
Nel 1974 fece parte del cast del poliziesco Una calibro 20 per lo specialista, con Clint Eastwood, ma raggiunse la fama interpretando dal 1979 al 1985 il personaggio di Daisy Duke nel telefilm Hazzard, che lanciò la moda degli shorts di jeans, noti negli Stati Uniti per un certo periodo come “Daisy-Duke-Jeans”. Il suo ingresso nel cast avvenne dopo che l’attrice seppe dal marito che le riprese della serie stavano per iniziare. I produttori stavano cercando una figura femminile simile a Dolly Parton, ma quando videro la Bach la assunsero immediatamente.
Come Daisy Duke posò per un calendario che vendette 5.000.000 di copie, e le sue gambe furono assicurate per 1.000.000 di dollari. Titolare di una linea di abbigliamento che porta il suo nome, nel 2002 lanciò una linea di gioielli e diamanti col marchio Debenhams.
Catherine Bach sposò nel 1976 il produttore David Shaw (figlio di Angela Lansbury), dal quale divorziò nel 1981. Nel 1991 sposò in seconde nozze Peter Lopez, uno degli avvocati di Michael Jackson, dal quale ha avuto due figlie, Sophie e Laura. Il 30 aprile 2010 il sessantenne Lopez venne trovato morto per un colpo d’arma da fuoco nella sua casa di Encino (in California), apparentemente suicida.