Née en 1933, Catherine Samie se forme au Centre d’art dramatique de la rue Blanche, puis au Conservatoire national d’art dramatique dans les classes de Pierre Dux et de Béatrix Dussane. Elle remporte deux seconds prix de comédie classique et moderne pour ses interprétations de Molière et de Courteline.

Dès sa sortie du Conservatoire en 1956, Catherine Samie entre dans la troupe de la Comédie-Française. Elle en devient la 438e sociétaire en 1962 et la Doyenne en 1989. Elle quitte la Comédie-Française le 31 décembre 2006, cinquante ans après son arrivée. Elle est alors nommée sociétaire honoraire.

Dans la continuité de ses prix de comédie, Catherine Samie fait ses débuts à la Comédie-Française dans les pièces de Molière en interprétant notamment les rôles de servantes. Elle est Dorine, Lisette, Nérine, Martine, Zerbinette, Nicole, Toinette, Georgette, Claudine, dans un grand nombre de mises en scène dont celles de Jean Meyer, Jacques Charon, Robert Manuel, Jacques Toja, Georges Chamarat. Comme elle en témoignait encore récemment, Molière sera son grand amour et l’accompagnera toute sa vie. Passant de la comédie classique au vaudeville, elle interprète aussi Feydeau, Courteline, Meilhac et Halévy, Labiche, Flers et Caillavet.

Au fil des ans et de ses rencontres avec les grands metteurs en scène de son époque, son registre s’élargit jusqu’à la tragédie et au théâtre contemporain, interprétant les plus grands rôles du répertoire. Elle est la Reine Elisabeth dans Richard III de William Shakespeare par Terry Hands, Arkadina dans La Mouette d’Anton Tchekhov par Otomar Krejča, Madame Pernelle et Madame de Maintenon dans Le Tartuffe et Les Plaisirs de l’Île enchantée de Molière par Maurice Béjart, la Môme Crevette dans La Dame de chez Maxim de Georges Feydeau par Jean-Paul Roussillon, Phénice dans Bérénice de Racine par Klaus Michael Grüber, Marceline dans Le Mariage de Figaro de Beaumarchais par Antoine Vitez, Suzanne dans La Mère coupable de Beaumarchais par Jean-Pierre Vincent, Mlle de Brie dans L’Impromptu de Versailles par Jean-Luc Boutté. Elle joue également sous la direction de Stuart Seide, Jean-Pierre Miquel, Marcel Maréchal, Youssef Chahine, Yannis Kokkos, Simon Eine, Jacques Rosner, Anne Delbée, Arthur Nauzycie ou Jorge Lavelli.

Catherine Samie participe à de grandes créations du répertoire contemporain, notamment Félicité de Jean Audureau par Jean-Pierre Vincent, deux pièces de François Billetdoux (Femmes parallèles par Jean-Pierre Miquel et La Nostalgie, camarade… par Jean-Paul Roussillon), La Tragédie du Roi Christophe d’Aimé Césaire par Idrissa Ouédraogo, Les Danseurs de la pluie de Karin Mainwaring par Muriel Mayette-Holtz et Jacques Vincey, ou encore Savannah Bay de Marguerite Duras par Éric Vigner.

Elle est l’interprète de deux grands seules-en-scène mis en scène par le réalisateur Frederick Wiseman. Elle joue ainsi la Mère, dans La Dernière Lettre de Vassili Grossman mis en 2000 et Winnie, dans Oh les beaux jours de Samuel Beckett, en 2005. Elle reçoit pour La Dernière Lettre le prix de la meilleure comédienne décerné par l’Association professionnelle de la critique, et le spectacle donne lieu à un film.

En tout, Catherine Samie interprète, à la Comédie-Française, plus de soixante-dix rôles en un demi-siècle.

Le cinéma fait également appel à elle. Elle tourne ainsi avec Julien Duvivier, Josiane Balasko, Michel Audiard, Claude Lelouch, Pierre Richard, Jean-Jacques Annaud, James Ivory, Coline Serreau, Albert Dupontel, Robin Campillo et plus récemment Élie Chouraqui et Dominik Moll.

Au début de l’année 1989, au départ de Bernard Dhéran, Catherine Samie devient madame le Doyen – ainsi aimait-elle être appelée – de la Comédie- Française. Elle tient cette fonction dix-huit ans, l’une des plus longues périodes de l’histoire de la Maison de Molière. En 1990, lors de la disparition d’Antoine Vitez, elle assure, par intérim, la fonction d’administratrice générale durant quelques mois.

À la fin de l’année 2006, Catherine Samie fait part de son intention de quitter la Maison de Molière. En janvier suivant, elle fait donc ses adieux à la Comédie-Française lors d’une soirée de jubilé où toute la Troupe lui rend un vibrant hommage, saluant l’amour de la vie et du théâtre dont elle aura témoigné sans relâche. Devenue sociétaire honoraire de la Comédie-Française le 1er janvier 2007, elle rejoint la Troupe une dernière fois pour interpréter Ase, dans Peer Gynt d’Henrik Ibsen mis en scène par Éric Ruf au Grand Palais en 2012.

Recevant un Molière d’honneur en 1998, elle est aussi grand officier de la Légion d’honneur, grand-croix dans l’ordre national du Mérite, commandeur dans l’ordre des Arts et des Lettres.