Jej filmowym debiutem był występ w niemym filmie A Star Over Night z 1919 roku. Pierwszy film dźwiękowy z jej udziałem to Canaries Sometimes Sing z 1932 roku. W 1938 roku wystąpiła u boku Leslie Howard i Wendy Hiller w filmie Pigmalion. thumb|left|200px|Cathleen Nesbitt w roku 1963 Jej pierwszym hollywoodzkim filmem, był nominowany do Oscara film Trzy monety w fontannie (1954). Odegrała tam rolę Princessy. W tym samym roku zagrał u boku Ginger Rogers w filmie Black Widow. W roku 1955 zagrała z Carym Grantem w filmie Niezapomniany romans. Wystąpiła również w filmach Rodzice, miejcie się na baczności, Promise Her Anything.
W 1956 roku wystąpiła ponownie na Broadwayu w sztuce Gigi w roli ciotki Alicii. W 1956 roku, zagrała rolę pani Higgins w sztuce My Fair Lady z Rexem Harrisonem. Nesbitt zagrał ponownie tę rolę w wieku 92 lat w 1981 roku również na Broadwayu. Był to jej ostatni występ w teatrze.
W latach 1963–1966 występowała w serialu The Farmer’s Daughter w roli Alce Morley. Wystąpiła również w serialach, takich jak: Naked City, Doktor Kildare czy Upstairs, Downstairs.
W 1969 roku wystąpiła u boku Richarda Burtona w filmie Staircase. W roku 1975 wystąpił w filmie Francuski łącznik. Rok później wystąpiła w thrillerze Alfreda Hitchcocka – Intryga rodzinna.