Catherine Lara étudie le violon dès l'âge de cinq ans. Elle rend plusieurs fois hommage à son instrument de prédilection dans ses chansons. Elle obtient le 1er prix du conservatoire de Versailles en 1958, puis le 2e prix de violon au conservatoire national de Paris en 1965. Le 1er prix de musique de chambre lui est décerné au conservatoire national de Paris en 1966.
En sortant du Conservatoire de Paris, elle crée un orchestre de chambre, Les Musiciens de Paris, dont elle est le premier violon. Elle crée ensuite le Quatuor Lara qui accompagne des chanteurs sur scène comme Claude Nougaro ou Nana Mouskouri. Elle a aussi joué sur des titres de Françoise Hardy. Elle écrit deux chansons pour Barbara (dans l'album Amours incestueuses, 1972).
Denise Glaser la découvre et la soutient, l'invitant dans son émission dès 1972, pour la sortie de son premier album, Ad Libitum, sur des textes de Daniel Boublil. Elle compose la musique de Docteur Françoise Gailland en 1975. En 1977, William Sheller lui rend hommage avec une chanson dans son album Symphoman. A partir de l'album Coup d'feel en 1979, sa musique s'affirme délibérément rock Elle apparaît cheveux courts et torse nu sur la pochette de Geronimo en 1980, puis en cuir pour La Rockeuse de diamant, imposant un look audacieux et libéré.
À partir de 1981, elle enregistre sous le label Tréma. L'album Johan, sur des paroles de Pierre Grosz, est son premier disque d'or. Elle compose la musique des films Les hommes préfèrent les grosses et La Triche. En 1982, elle compose la musique du spectacle Revue et corrigée, qui est un échec. Mais en 1983, la chanson La Rockeuse de diamant, écrite par Élisabeth Anaïs et composé avec le guitariste Claude Engel, est un succès ainsi que l'album du même nom comportant également "Famélique" ou encore "Autonome" (voir ci-dessous).
Dans la chanson "Autonome", Catherine Lara affiche ouvertement ses préférences sexuelles, ce qui est plutôt courageux pour l'époque (1983) : « … Longtemps j'ai pensé ce que pensaient les autres, Longtemps j'ai vécu comme si j'étais une autre (…), Longtemps j'ai connu des amours parallèles (…) Jusqu'au jour, où Autonome, Autonome, Libre d'aimer une femme ou un homme … » (paroles de la chanson Autonome de Catherine Lara). Féministe convaincue, Catherine Lara est une des premières stars à avoir fait son coming out. Au delà de la chanson Autonome, Catherine Lara s'affirme en 1986, lors de l’émission Mon Zénith à Moi. Interrogée par l'animateur Michel Denisot : « Qu'est-ce que vous regardez en premier chez un homme ? », Catherine Lara répond « Sa femme ».
Elle donne deux concerts à l'Olympia en 1983. L'album Flamenrock sort en 1984, il est écrit et composé en compagnie de la même équipe que l'album précédent. Puis elle fait le Zénith en 1985.
En 1986 sort son album Nuit magique, écrit par Luc Plamondon. La chanson titre est un grand tube, Catherine Lara est sacrée meilleure interprète féminine aux Victoires de la musique et le clip reçoit une Caméra d'or au Festival de Cannes. L'album est écrit par Luc Plamondon et entièrement composé et arrangé en compagnie d'un jeune pianiste suisse venant du Chili : Sebastián Santa María . Elle le retrouve ensuite pour ses deux albums suivants : Encore une fois en 1987 et Rocktambule en 1988, dans lequel Bernard Lavilliers, travaillant également avec le jeune musicien est invité sur un duo. Les années 1980 de la chanteuse s'achèvent par un Olympia en 1988, retracé dans un album live, Lara live, sorti depuis également en dvd. En 1987, elle publie une autobiographie, L'Aventurière de l'archet perdu (éditions Carrère-Lafon).
1990 à aujourd'hui : une carrière plus discrète
En 1990, Catherine Lara est faite Chevalier des arts et des lettres.
Un projet ambitieux d'opéra rock romantique aboutit en 1991 avec la sortie de l'album Sand et les Romantiques, sur les textes de Luc Plamondon et la musique d'Eddie Rosemond et Catherine Lara. Elle y tient le rôle de George Sand, entourée de Claude Lauzzana (Alfred de Musset), Véronique Sanson (Marie Dorval), Richard Cocciante (Frédéric Chopin), Daniel Lavoie (Eugène Delacroix) et Maurane (la muse de la musique), et le spectacle est mis en scène par Alfredo Arias au Théâtre du Châtelet en 1992.
Elle soutient les Restos du cœur, Sidaction et Sol en si. Elle est en outre l'une des rares artistes françaises à s'exprimer publiquement sur son homosexualité. À partir de Maldonne (1993), Jean-Jacques Thibaud écrit les paroles de ses chansons. Elle crée aussi en 1996 le générique de Terre indigo. Avec Roger Louret pour les textes, elle arrange l'opéra de Georges Bizet L'Arlésienne, joué aux Folies Bergères en 1997. En 2000 sort son album Aral, réalisé avec les musiciens du groupe Deep Forest. Elle coécrit la chanson officielle pour l'équipe de France de football, interprétée par Johnny Hallyday en 2002.
En 2007, Catherine Lara se produit dans plusieurs villes de France pour présenter en concert son dernier album studio sorti en 2005, Passe-moi l'ciel, ainsi que l'album-film à paraître, Behind the wall.
Catherine Lara a été faite chevalier (1992), puis officier (2004) de l'ordre de la Légion d'honneur, elle est chevalier de l'Ordre des Arts et des Lettres.
D'abord jeune chanteuse ingénue dans les années 60 sous l'aile de Gainsbourg (encore lui…), elle lie son existence artistique et personnelle à Michel Berger, brillant auteur-compositeur. Grâce à lui, France Gall connaît une carrière pleine de succès. Elle vit dorénavant en dehors du show-biz et ne souhaite pour le moment reprendre ses activités professionnelles et artistiques. Le 11 octobre 99, elle assiste quand même au mariage de Michel Sardou. A cette occasion, elle revoit ses amis dont Johnny Hallyday. Le 15 août 2000, elle lui fait une surprise en venant chanter avec lui sur la scène de l'Olympia et reprend "Quelque chose de Tennessee" avec lui.
