Каталин Митулеску е роден в Букурещ, Румъния през 1972 година, изучава геология в Букурещкия университет. В продължение на три години пътува и работи в Австрия, Унгария, Полша и Италия. След завръщането си в Румъния се записва в програмата за кинорежисура на Националния университет за Театър и Кино в Букурещ.
Митулеску се дипломира през 2000 година, режисира късометражни филми като „Трафик” („Златна палма” за късометражен филм, Кан 2004), реклами и музикални клипове, както и дебютния си пълнометражен филм „Как прекарах края на света” (в програмата „Особен поглед” в Кан, награда за най-добра актриса за Доротеа Петре, 2006). Той основава продуцентската къща „Strada Film”, която с годините се утвърждава като една от водещите компании на румънския филмов пазар.