Родената през 1978 г. актриса учи в училище за модели. Кейти обаче не иска да се занимава с професията на модел, защото не го е намирала за достатъчно предизвикателство. И така, когато е на 17 години, Кейти отива в Лос Анджелис, за да започне кариера в киното. През 1998 г. тя получава главната роля на Джоуи в сериала „Кръгът на Доусън“ – и това участие остава емблематично за кариерата ѝ. Кейти има няколко роли в киното, като най-хитовият филм с нейно участие е първият филм от трилогията на Кристофър Нолън – „Батман в началото“ от 2005 г. Феновете обаче са много изненадани, когато Кейти не се завръща в продължението на филма и ролята поема Маги Джилънхол. Според изявление на Холмс причината е натовареният ѝ график с други филмови проекти, а Нолан споделя, че е бил наистина разочарован, че не е могъл отново да работи с нея. Кейти има зад гърба си 6-годишен брак с колегата си Том Круз, от когото има дъщеря на име Сури. Двамата се разделят през 2012 г. и според публикации причината се крие в привързаността на Том към сциентологията.