Catherine tin rằng lý tưởng của một quân vương theo học thuật Phục Hưng là cần biết rằng thẩm quyền của mình không chỉ dựa trên quân đội mà còn trên văn chương và nghệ thuật.[123] Bà chịu ảnh hưởng từ hình mẫu nhạc phụ, François I của Pháp, và các tổ phụ của bà. Trong thời kỳ loạn lạc và khi uy tín vương quyền đang sút giảm trầm trọng trong dân chúng, Catherine tìm cách củng cố đặc quyền của vương triều qua các cuộc phô diễn văn hóa tốn kém. Có lần bà cho khởi động một chương trình bảo trợ nghệ thuật kéo dài suốt ba thập niên. Trong thời gian này, bà chủ trì một chương trình phát triển văn hóa Pháp–Phục Hưng trong tất cả loại hình nghệ thuật.[124]

Một bản kiểm kê tại Hôtel de la Reine sau khi Catherine mất cho thấy bà là người đam mê sưu tầm. Trong danh sách kiểm kê có thảm thêu, bản đồ vẽ bằng tay, tác phẩm điêu khắc, vải quý, nội thất bằng gỗ mun khảm ngà, những bộ đồ sứ và đồ gốm Limoges.[125] Ngoài ra còn có hàng trăm bức chân dung lúc ấy đang là thời thượng. Nhiều tranh chân dung trong bộ sưu tập của Catherine là tác phẩm của họa sĩ Jean Clouet và con trai ông François Clouet. François Clouet là họa sĩ phác thảo và vẽ chân dung tất cả thành viên gia đình Catherine và nhiều người trong triều.[126]

Ngoại trừ nghệ thuật vẽ chân dung, người ta không biết gì nhiều về nền hội họa trong triều Catherine de' Medici.[127] Trong hai mươi năm cuối đời Catherine, chỉ có tên tuổi nổi bật trong hội họa: Jean Cousin Trẻ, và Antoine Caron, Caron là họa sĩ chính thức của Catherine. Những tác phẩm sinh động theo trường phái nghệ thuật kiểu cách của Caron, với sự mê đắm dành cho nghi lễ và nỗi ám ảnh về các cuộc thảm sát, thể hiện được bầu không khí căng thẳng của triều đình Pháp trong thời kỳ loạn lạc của cuộc chiến tranh tôn giáo.[128]

Nhiều tác phẩm của Caron, chẳng hạn như Triumph of the Seasons, theo chủ đề phúng dụ thể hiện không khí lễ hội rất nổi tiếng của triều đình Catherine. Chúng miêu tả những sự kiện tổ chức ở Fontainebleau năm 1564 và Bayonne năm 1565 cho các cuộc họp thượng đỉnh với triều đình Tây Ban Nha; rồi tại Tuileries năm 1573 cho chuyến viếng thăm của các đại sứ Ba Lan, những người đã dâng vương miện Ba Lan cho Henri Anjou, con trai Catherine.[127] Người viết tiểu sử Leonie Frieda nhận xét rằng: "Hơn ai hết, Catherine là người khởi xướng các loại hình vui chơi giải trí kỳ thú sau này đã làm nổi tiếng các vua chúa Pháp".[129]

Các buổi trình diễn âm nhạc là nơi cho phép Catherine phô diễn khả năng sáng tạo của mình. Thường chúng được tổ chức để ca ngợi sự thái bình của đất nước, và thường dựa trên những chủ đề thần thoại. Catherine sử dụng các họa sĩ, kiến trúc sư hàng đầu để dựng kịch, âm nhạc, và hiệu ứng sân khấu phục vụ các sự kiện này. Sử gia Frances Yates gọi bà là "nghệ sĩ vĩ đại đầy sáng tạo cho các lễ hội".[130]

Catherine de’ Medici rất yêu thích nghệ thuật kiến trúc. "Như là một đứa con của dòng họ Medici," theo cách nói của sử gia nghệ thuật Pháp Jean-Pierre Babelon, "bà bị thôi thúc bởi niềm đam mê xây dựng, và nỗi khao khát để lại cho hậu thế những công trình vĩ đại."[131] Sau khi Henri II băng hà, Catherine quyết tâm biến những kỷ niệm về chồng mình trở thành bất tử, và phô diễn sự vĩ đại của nhà Valois bằng một chuỗi những đề án kiến trúc đắt tiền,[131] trong đó có lâu đài ở Montceaux-en-Brie, Saint-Maur-des-Fossés và Chenonceau. Catherine cho xây dựng hai cung điện mới ở Paris: Tuileries và Hôtel de la Reine. Bà bám sát việc quy hoạch và giám sát các đề án kiến trúc của mình.[132]

Những biểu trưng về tình yêu và nỗi sầu khổ của Catherine được thể hiện trên các công trình điêu khắc đá tại các tòa nhà bà xây dựng.[133] Các thi sĩ tán tụng bà như là một Artemisia mới, theo hình tượng Artemisia II của Caria (350 TCN) đã xây lăng mộ tại Halicarnassus cho người chồng quá cố.[134] Phần mộ của Henri tại nhà thờ lớn Saint-Denis do Francesco Primaticcio (1504-1570) và Germain Pilon (1528-1570) điêu khắc. Sử gia nghệ thuật Henri Zerner gọi đài kỷ niệm này là "ngôi mộ hoàng gia cuối cùng tráng lệ nhất của thời kỳ Phục hưng."[135]

Mặc dù Catherine đã làm khánh kiệt ngân sách vì chi tiêu những số tiền khổng lồ cho nghệ thuật,[136] hầu hết các công trình nghệ thuật bà bảo trợ đều là những di sản bền vững.[137] Triều đại Valois sụp đổ quá nhanh sau khi Catherine từ trần đã làm thay đổi thứ tự các ưu tiên. Những bộ sưu tập nghệ thuật bị phân tán, các lâu đài bị bán, các tòa nhà đang xây dựng bị bỏ dở hoặc bị phá bỏ.