Kate Bosworth lahir di Los Angeles, California, dari pasangan Patricia Potter, seorang ibu rumah tangga, dan Harold Bosworth, seorang pejabat di Talbots. Seiring dengan karakter 'townies' yang sering dimainkan di layar, Kate menghabiskan masa kecil di berbagai kota seperti San Francisco, Connecticut, dan Cohasset, Massachusetts. Pada usia 14 tahun, ia yang juga seorang juara berkuda, mengikuti audisi untuk film tentang kuda berjudul The Horse Whisperer yang dibintangi Robert Redford, dan berhasil mendapatkan peran utama sebagai sahabat tokoh utama.

Sebelum terjun ke dunia akting, pengalaman Kate terbatas pada bernyanyi di pesta desa dan bermain di teater komunitas. Setelah mendapatkan peran tersebut, ia memutuskan mengambil waktu 18 bulan untuk menjalani kehidupan normal agar tidak kehilangan masa kecilnya. Pada tahun 2000, ia tampil di film The Newcomers dan Remember the Titans, membangun kariernya dari peran kecil.

Selama masa sekolah menengah, Kate tetap berprestasi akademik, menjadi anggota Honor Society, serta aktif dalam kegiatan sukarela. Ia turut berkontribusi dalam program non-profit yang membantu anak-anak berkebutuhan fisik belajar menunggang kuda. Dedikasinya tidak hanya di dunia hiburan, tetapi juga kegiatan sosial yang menunjukkan kepribadian peduli dan berkomitmen.