Hambro var født i Bergen, og var datter av Edvard Hambro og Nicoline Christine Harbitz. Hun var søster av stortingspresident Carl Joachim Hambro. Cathrine Hambro ble cand.med i 1917, og seks år senere spesialist i lungesykdommer. Hun var privat spesialist i Ålesund, Bergen og Fåberg, før hun slo seg ned i Aker. I Aker og senere Oslo drev hun privat praksis fram til 1960.