Cathrine Lillo er professor ved Universitetet i Stavanger i fagområdet bioteknologi/plante- fysiologi. Hun ble uteksaminert som cand. real. ved Universitetet i Oslo i 1979. Deretter arbeidet hun som vitenskapelig assistent og forsker ved Norges landbrukshøgskole på Ås, nåværende NMBU. I 1986 ble hun tildelt graden dr. agric., forøvrig første kvinne som fikk denne graden i Norge.
Etter en postdoc-periode i USA ble hun i 1990 ansatt ved Høgskolen i Stavanger som 1. amanuensis, med full professorkompetanse fra 1995. Hun har veiledet en rekke PhD, master og bachelorstudenter og er studieprogramleder for Biologisk kjemi ved Universitetet i Stavanger.
Forskningsinteressen var gjennom mange år nitrogenmetabolismen i planter, spesielt assimilasjon av nitrat. Hun har forsket på hvordan nitrogen- assimilasjonen blir aktivert av lys og andre miljøfaktorer. Proteinfosfatasen PP2A ble etablert som viktig reguleringsfaktor for aktivering av enzymet nitratreduktase. Temaet var også grunnlaget for et utstrakt internasjonalt samarbeid og sabbatsår ved universitetene i Glasgow og Dundee (Skottland) og Institut national de la recherche agronomique i Versailles/Frankrike. Samarbeidsprosjekter med NIBIO forskningsstasjon på Særheim i Rogaland om innholdsstoffer i tomat og medisinplanter står også sentralt i hennes forskning.
