Catesby fue uno de los naturalistas más influyentes del siglo XVIII debido a sus aportaciones pioneras sobre la flora y fauna de las colonias británicas del sur de Norteamérica. Nacido en Essex (Inglaterra) en 1683, se formó como naturalista desde muy joven y pronto se introdujo en los círculos científicos gracias a la influencia de su tío, quien se relacionaba con especialistas como John Ray o Samel Dale. En 1712 viajó a Virginia a visitar a su hermana, donde permaneció siete años recolectando plantas que enviaba a Inglaterra. Durante esta primera estancia en el continente americano también visitó la isla de Jamaica, posiblemente tras leer el trabajo de Sloane.   

Tras regresar a su país natal, Catesby pronto encuentra apoyo económico e institucional para realizar su segundo viaje, que emprende en 1722. Esta vez se internó a pie en las Carolinas, Georgia, Florida y las islas Bahamas, unas tierras prácticamente desconocidas para los naturalistas europeos, Con ayuda de guías nativos, documentó meticulosamente todos aquellos aspectos naturales que consideró relevantes, realizando dibujos del natural de centenares de especies animales y vegetales. También envió regularmente a sus mecenas ingleses los especímenes botánicos que recogía durante sus expediciones, siendo pionero en la introducción en el Viejo Mundo de árboles como la catalpa o el liquidámbar. 

A su regreso a Inglaterra en 1726 Catesby planea la publicación de sus investigaciones, para lo cual decide aprender las técnicas de grabado. Al incluir en la misma plancha de cobre las plantas y los animales que viven, anidan o se alimentan de ellas, Catesby introduce una importante novedad en el campo de la ilustración naturalista.

Con ayuda económica de sus mecenas, en 1731 sale publicado el primer volumen de la obra Natural History of Carolina, Florida and the Bahama Islands, cosechando un gran éxito de ventas debido a la belleza de sus ilustraciones, las cuales evidencian un estilo artístico muy particular. Catesby es aceptado entonces en la Royal Society de Londres, institución que le encarga diferentes trabajos como ilustrador. Este puesto permitió que en 1743 apareciera el segundo volumen de su obra. Tanto los dibujos sobre los que se grabaron las planchas de cobre, como los grabados en sí, son obra de Catesby (excepto dos de ellos que realizó George D. Ehret). Las iluminación de las 220 láminas que contiene fue también realizada por Catesby, con el fin de asegurarse la fidelidad con respecto a sus dibujos originales, reproduciendo por primera vez los colores y variedades de las especies exóticas de aves, mamíferos, reptiles, peces, insectos y plantas del Nuevo Mundo. Este trabajo, que verá una segunda edición en 1754 y una tercera en 1771-1810,  sirvió posteriormente de modelo a otros grandes naturalistas del continente americano como John James Audubon (1785-1851), quien seguirá los pasos de Catesby un siglo más tarde. 

Además de su obra magna, Catesby describirá por primera vez en On the passage of birds (1747) distintos detalles sobre las migraciones de las aves. Póstumamente, en 1767 se publicará Hortus Britanno-Americanus, un tratado sobre plantas americanas con interés comercial.