Laureata in Chimica presso l’Università degli Studi di Perugia, ha frequentato nel 1985 la scuola di Direzione Aziendale “Alti potenziali Montedison” presso l’Università Bocconi. Dal maggio 2014 è Presidente di Terna S.p.A.
Si è occupata di scienza dei materiali, di sostenibilità ambientale e di materie prime rinnovabili presso l’Istituto Guido Donegani, Centro di Ricerca Corporate di Montedison, fino al 1988. Ha contribuito a fondare il centro di ricerche Fertec sulle materie prime rinnovabili, diventato poi Novamont S.p.A., società in cui ricopre la carica di Amministratore Delegato e dove ha operato fin dal 1999 rivestendo vari incarichi, tra cui spiccano quelli di Direttore Tecnico prima e Direttore Generale poi. Nell’ambito della stessa Novamont è Amministratore Delegato di Matrìca S.p.A., Mater-Biotech S.p.A. Catia Bastioli è Presidente di Mater-Biopolymer S.r.l.
Membro della Giunta e del Comitato Direttivo di Federchimica, del Comitato di Direzione di PlasticsEurope Italia e Presidente dell’Associazione Kyoto Club. Dal maggio 2013 è Consigliere di Amministrazione di Fondazione Cariplo. 

È membro di importanti Advisory Board a livello europeo, quali l’High Level Group on Key Enabling Technologies e il Bioeconomy Panel, la piattaforma strategica volta a supportare l’implementazione della bioeconomy strategy in Europa.
È Presidente di SPRING - Sustainable Processes and Resouces for Innovation and National Growth, Cluster tecnologico Nazionale della Chimica Verde. Dal 2014 è altresì componente del Comitato dei Promotori della Fondazione Symbola per le Qualità italiane e del Comitato di Presidenza della Fondazione per lo Sviluppo Sostenibile, del Comitato di Presidenza dell’associazione Civita e del Comitato di valutazione della fondazione Raul Gardini. Dal dicembre 2014 è Full Membre della Ong internazionale The Club of Rome.

Ha sviluppato e sperimentato il modello delle Bioraffinerie di terza generazione. Autrice di rilevanti contributi scientifici sia sotto forma di pubblicazioni che di brevetti internazionali, ha contribuito a creare una cultura industriale particolarmente sensibile ai problemi di impatto ambientale e di eco-sostenibilità dei processi produttivi e, per tali motivi, nel 2008 ha ricevuto Honoris Causa dall’Università di Genova la Laurea Specialistica in Chimica Industriale. Ha ricevuto numerosi premi e riconoscimenti ed è “Cavaliere Al Merito della Repubblica Italiana”. Nel 2013, ha ricevuto il “Premio Eureka” per l’innovazione tecnologica e nel 2007 il premio “Inventore europeo dell’anno” per le invenzioni relative alle bioplastiche tra il 1991 e il 2001 e per essere riuscita a tradurre i risultati di ricerca in impresa industriale.