Kattugglan är en kraftig och kompakt fågel. Den är 37-43 cm lång med ett vingspann på 81–96 cm. Ögonen är, liksom hos andra ugglor, placerade frontalt för stereoskopiskt seende. Huvudet är stort och rundat och ansiktet är platt och ansiktsrundeln som omger de mörkbruna ögonen är vanligen ganska omönstrad. Kattugglan har ljusgrå ögonkretsar och ett mörkt fält mellan dessa, som i höjd med näbben delar sig och liknar en mustasch. Kattugglan har mörkbruna längsgående fläckar på ovansidan på en botten av brunt, rostgult, grått och vitt. Undertill är den vitaktig med svartbruna fläckar och på undergumpen är den vit med bruna fläckar. Vingarna har bruna och rostgrå fält och vita band på skuldrorna och på de större vingtäckarna. Stjärten är tvärbandad i brunt och rostgult. Honan är mera rödbrun och är också större än hanen: 5% längre och mer än 25% tyngre.
Kattugglan trivs i löv- och blandskog, gärna i näheten av vattendrag. I städer och samhällen förekommer den ofta på begravningsplatser samt i trädgårdar och parker. Kattugglan förekommer i Sverige upp till Västerbotten och är, tillsammans med pärlugglan, den vanligast förekommande av Sveriges ugglor. Antalet kattugglor i Sverige uppskattas till 10 000-20 000 par och den anses inte vara hotad.
Kattugglan flyger med ganska snabba vingslag och långa, raka glidningar på kupade vingar.
Kattugglor bildar par från ett års ålder och lever ofta i ett monogamt förhållande hela livet. Reviret försvaras året runt. Ugglor sitter på grenar nära trädets stam och sover på dagarna. De häckar oftast i hål i träd, men även gamla skatbon, ekorrbon, hål i byggnader och fågelholkar kan tjäna som bostad. I Skandinavien bygger den bo från mitten av mars. Ungarna stannar i boet och blir flygkunniga efter en dryg månad. Ungarna lämnar boet upp till tio dagar innan de kan flyga, och gömmer sig på grenar i närheten.
Födovalet består mestadels av gnagare. Kattugglor jagar främst nattetid genom att hoppa från en gren för att slå sitt byte, vilket sväljs helt. I städer utgör mindre fåglar en större del av dess föda. Syn och hörsel och de tysta flykten är en anpassning till nattlig jakt.
Kontaktlätet är ett gällt klävitt och hanen har det allmännt bekanta hoo... ho, hoo-hoo-hoo-hoo för att annonsera sin närvaro. Dessa läten en duett, där honan gör klävitt-ljudet och hanen svarar. I äldre tider ansågs "Klävitt" betyda "kläd vitt" dvs. ta fram svepning för en död och man ansåg att ugglans läte förebådade död.
Kattuggla (Sång, inspelning av Patrik Åberg):
Kattuggla (Lockläte, inspelning av Patrik Åberg):