Kate Noelle Holmes lahir pada 18 Desember 1978 di Toledo, Ohio, dari pasangan Kathleen Ann, seorang dermawan, dan Martin Joseph Holmes, Sr., seorang pengacara. Karakter kuat dan keras kepala-nya diyakini berasal dari kelahirannya yang prematur dan menjadi yang paling bungsu dalam keluarganya yang terdiri dari tiga saudara perempuan dan satu saudara laki-laki.

Sejak remaja, Katie mulai mengikuti sekolah modeling dan berkompetisi di International Modeling and Talent Association dengan menyanyi, menari, serta membacakan monolog dari To Kill a Mockingbird. Ia memenangkan banyak penghargaan, namun tidak tertarik menjadi model, dan beralih ke dunia akting saat berusia 17 tahun.

Karier akting profesional dimulai saat ia mendapatkan peran kecil di film The Ice Storm (1997) yang disutradarai Ang Lee. Setelah itu, ia aktif mengikuti audisi dan akhirnya mendapatkan peran sebagai Joey Potter di serial populer Dawson's Creek (1998), yang menjadi tonggak awal kariernya.

Selama menjalani serial tersebut, Katie membintangi film seperti Disturbing Behavior (1998) dan Go (1999). Ia mendapatkan penghargaan atas penampilan di MTV Movie Awards sebagai Best Breakthrough Female Performance. Pada 2000, ia beradu akting bersama Michael Douglas di Wonder Boys sebagai Hannah Green.

Dalam karier film, peran utama pertamanya adalah di film Abandon (2002), yang mengisahkan tentang seorang mahasiswi yang dihantui oleh hilangnya pacarnya. Setelah serial Dawson's Creek berakhir pada 2003, ia semakin banyak membintangi film seperti Pieces of April dan The Singing Detective, serta film romantis First Daughter (2004) dan film Batman Begins (2005) sebagai Rachel Dawes, kekasih Batman.

Katie Holmes juga dikenal sebagai ibu dari seorang anak perempuan yang dikandungnya dari hubungan dengan aktor Tom Cruise. Ia terus menunjukkan keberhasilan di dunia hiburan dan berkembang sebagai aktris yang berbakat dan terkenal.