Caterina Scorsone inició su carrera haciendo varias apariciones en series y películas para televisión canadienses, incluyendo la serie adolescente de misterio Escalofríos, donde participó en los papeles de Jesaica Walters y Sara Kramer, de 1996 a 1998, y la serie de deporte y comedia Power Play, en el papel de Michelle Parker de 1998 al 2000. Scorsone se dio a conocer internacionalmente cuando interpretó el papel protagónico en la aserie de misterio de la cadena Lifetime, Missing del 2003 al 2006. En la pantalla grande, la actriz debutó en el filme de comedia Entre nosotras (1998), y ha participado en otros filmes como Borderline Normal (2001), Al filo de la oscuridad (2010) y El aprendiz (2014). En el 2010 fue elegida para integrarse al elenco principal en la serie Private Practice, en el papel de la doctora Amelia Shepherd, papel que repitió como invitada especial y como principal en Grey’s Anatomy desde el 2014.