Catherine Varlin est douze ans journaliste à la rubrique de politique étrangère de l’Humanité. En tant que reporter, elle est l'envoyée spéciale qui a suivi en 1948 la guerre israélo-arabe et parcourut l'Europe. Lors de ses missions sous l’Occupation, elle fait preuve de dynamisme, d’entrain, de courage et d’humour, qu’elle transmet à la rédaction. En 1951, elle participe activement à plusieurs campagnes pour défendre les libertés, ainsi qu’à la campagne contre l'exécution des époux Rosenberg, elle a donc convaincu Jean-Paul Sartre de les défendre. En 1956, après l’insurrection de Budapest et lors de la publication du rapport de Nikita Khrouchtchev sur les crimes de Staline et l'intervention de l'armée soviétique en Hongrie, elle décide finalement de se retirer de la rubrique Humanité et du Parti communiste, pour subséquemment se consacrer au cinéma. Scénariste en 1960, elle s'occupe du documentaire "Demain à Nanguila" de Joris Ivens. À posteriori, elle se lance avec son mari dans la production de documentaires, d’où la création du documentaire sur l’Afrique de l’indépendance, et travaille longtemps sur la production de longs métrages avec des réalisateurs, tels que Chris Marker («" Le Joli Mai" » en 1963), Alain Resnais («" La guerre est finie" » en 1966), et Yves Boisset («" Dupont la joie" » en 1974 et « "Un taxi mauve" » en 1977). Elle signe le manifeste des 343 en 1971. Elle est aussi la directrice de Sofracima, une société de production cinématographique française défendant les droits d'auteurs. En 1970, elle est la productrice du film "Girl Slaves of Morgana Le Fay".