Catherine Lion est diplômée d'HEC. Entrée en 1981 à la Confédération française de la coopération agricole, elle en devient directrice générale en 2000. Trois ans plus tard, elle prend le poste de directrice générale déléguée de Coop de France.
En 2005, elle rejoint Groupama au poste de directrice adjointe à la Fédération nationale Groupama, en charge des questions agricoles et de l'action institutionnelle. A partir de 2007, elle intègre la FNSEA où elle prend en charge les fonctions de directrice du département économie et développement durable et de directrice générale adjointe.