Catherine Willows (Marg Helgenberger): Analista de marcas de sangue. Também é uma CSI de nível 4. Nasceu a 26 de Março de 1963. Era supervisora noturna durante as quatro primeiras temporadas, assumindo o comando quando Grissom tem de se ausentar e já discutiu várias vezes com ele e com Ecklie quando sentiu a sua autoridade ameaçada.
Por várias vezes já pediu promoções ou formas de poder passar mais tempo com a sua filha adolescente. O ex-marido de Catherine, Eddie, e o seu pai, Sam, foram ambos assassinados em episódios do programa. Willows tem um Bacharelato de Ciências em Tecnologia Médica da Universidade de Nevada Las Vegas (UNLV). Ela sustentou-se durante a Universidade trabalhando como dançarina. Esta personagem é baseada na CSI Yolanda McCleary. Torna-se a chefe do turno da noite após a saída de Grissom.
