Après sa formation aux Cours Florent, aux Enfants terribles et au Conservatoire Libre du Cinéma Français, Cathy Guillemin a créé sa compagnie en 2002 et a monté divers projets avec des univers très différents comme la comédie Tout baigne ! avec plus de 500 représentations en France ou à l'étranger, la création Emilie ma chérie... une comédie de moeurs aux couleurs assez sombres dont elle est l'auteur ou aussi le classique Marie Tudor de Victor Hugo, dont elle a fait l'adaptation, ou encore Juste un baiser, adaptation théâtrale du film de Gabriele Muccino. Elle connaît tout particulièrement l'univers d'Agnès Jaoui et de Jean-Pierre Bacri pour avoir monté Cuisine et dépendances en 2003, qu’elle reprend en 2014 au Théâtre de Nesle.

Par ailleurs, elle a réalisé plusieurs courts métrages comme Complices, Nuis ou Le virtuose dont certains ont été sélectionnés et primés en festivals et travaille entre autres actuellement sur des scénarii de longs métrages en France et à l'étranger.

Au cours de la saison 2013-2104, elle signera les mises en scène de 5 pièces dont Marie Tudor, Un air de famille ou Groom service (JM Ribes), toutes 3 présentées au OFF du Festival d’Avignon.