C'est surtout à la télévision qu'elle se fait connaitre, se faisant d'abord remarquer dans les séries dramatiques Quadra (2000) et Tabou (2002). En 2002, elle obtient un des rôles principaux de la série Une grenade avec ça?. Cette comédie de situation destinée aux adolescents connait une grande popularité et sa diffusion se poursuit jusqu’à la fin de 2011. La série se déroule dans la succursale montréalaise d'une chaîne de restauration rapide et Proulx-Lemay y joue une employée aussi ambitieuse que manipulatrice. Ce rôle lui permet de recevoir un prix Gémeau à trois reprises (en 2003, 2006 et 2009).
Dans un registre très différent, en 2009, elle tient un rôle important dans la télé-série Aveux. Drame psychologique écrit par le dramaturge Serge Boucher et réalisé par Claude Desrosiers, la série est diffusée à l'automne 2009 et obtient un réel succès critique et populaire. Catherine Proulx-Lemay verra son interprétation soulignée par une nomination aux Gémeaux en 2010.
À partir de 2012, elle est une des vedettes de la télé-série Unité 9, un drame carcéral dont le succès est considérable. Elle y interprète une détenue mère de deux enfants en bas âge. Son personnage quitte la série à l'automne 2015. On retrouve Proulx-Lemay sur un mode plus léger à l'automne 2016 avec la comédie Mes petits malheurs. Dans cette série, se déroulant au milieu des années 1980, elle incarne la maman compréhensive d'un adolescent turbulent. En 2017, elle joue la mère par adoption d'Olivier dans la série Olivier.
Proulx-Lemay rejoint la distribution de la quotidienne District 31 à l'automne 2019[1].
Théâtre
Sur scène, Catherine Proulx-Lemay a participé notamment à la création québécoise L’Envie en 2004. Premier texte de la dramaturge Catherine-Anne Toupin, la production est favorablement accueillie par la critique et reprise en 2007 par la même équipe.
À partir du milieu des années 2010, Catherine Proulx-Lemay se fait plus présente au théâtre. Ainsi, à l'automne 2014, au sein d'une distribution regroupant 30 comédiens, elle participe à une ambitieuse production du théâtre de l'Opsis mise en scène par Luce Pelletier : Le Vertige, une évocation des Grandes Purges staliniennes, inspirée de l'œuvre autobiographique d'Evguénia Guinzbourg. L'année suivante, toujours sous la direction de Luce Pelletier, elle joue dans la pièce Bientôt viendra le temps, une comédie surréaliste écrite par la dramaturge danoise Line Knutzon. Enfin, pendant l'été 2016, elle incarne Lady Capulet dans une production de Roméo et Juliette mise-en-scène par Serge Denoncourt.
Cinéma
Relativement peu présente au cinéma, Proulx-Lemay tient un rôle notable dans la comédie de mœurs Horloge biologique réalisé par Ricardo Trogi en 2005 et un rôle de moindre importance dans Dans une galaxie près de chez vous, adaptation pour le cinéma d'une série à succès.
Vie privée
Elle a deux fils : l'un est prénommé Milan et l'autre Ludovic. Son ex-conjoint est le comédien David Savard, qui a joué entre autres dans Rumeurs et Annie et ses hommes.
Source et légende : version québécoise (VQ) sur Doublage.qc.ca[5]
Récompenses
Catherine Proulx-Lemay a remporté le Gémeaux du meilleur rôle de soutien pour son rôle d'Anaïs dans la série jeunesse Une grenade avec ça?. Le , la comédienne remporte le Gémeaux de la Meilleure interprétation pour un premier rôle dans une série jeunesse.
Nominations
2009 : Gala Gémeaux : Meilleur premier rôle de jeunesse : Une grenade avec ça
2010 : Gala Gémeaux : Meilleur premier rôle de jeunesse : Une grenade avec ça
