Кэти была самым младшим, пятым ребёнком в семье. У неё трое сестёр и брат. Отец — адвокат по бракоразводным процессам.

У актрисы есть английские, ирландские, русские и немецкие корни.

В четырнадцать лет Кэти Холмс начала посещать модельную школу. В 1996 году, прочитав монолог из романа «Убить пересмешника», получила роль в фильме Энга Ли «Ледяной ветер». В 1997 году была приглашена в телесериал «Баффи — истребительница вампиров», однако отказалась, поскольку ей нужно было закончить учёбу.
Тем не менее, уже в следующем году прошла пробы на главную роль в телесериал «Лето наших надежд», в котором снималась до 2003 года. Именно роль в этом сериале принесла ей известность. 

 
Первую главную роль в кино сыграла в 1999 году в фильме «Убить миссис Тингл». 

 
Самый известная картина, в которой Кэти Холмс сыграла одного из главных персонажей — это фильм Кристофера Нолана «Бэтмен: Начало». Однако в следующей серии "Бэтмена", «Тёмный рыцарь», Кэти не участвовала. Её заменила Мэгги Джилленхол.

 
Фильмография