Кэтрин Энн Босуорт родилась 2 января 1983 года в Лос-Анджелесе, США.

Ее отец, Хэл Босуорт, является одним из руководителей сети магазинов «Talbots», а мама, Патрисия Поттер – домохозяйкой.

В детстве Кейт увлекалась конным спортом, с чем и хотела связать всю свою жизнь. В четырнадцать лет она стала чемпионкой среди юниоров на Калифорнийском чемпионате.

Училась Кейт в школе Cohasset High School, где изучала французский язык, а также играла в футбол и лакросс.

В 1998 году режиссер фильма «Заклинатель лошадей» Роберт Редфорд искал актрису умеющую ездить на лошадях. Так Кейт и получила свою первую роль в кино.

В 2000 году Босуорт сыграла небольшую роль в фильме «Вспоминая Титанов» с Дензелом Вашингтоном, а также исполнила одну из главных ролей в фильме «Новоприбывшие».

Затем в 2002 году она исполнила главную роль в фильме «Голубая волна», а в 2003 году - в фильме «Уондерлэнд», где ее партнерами по фильму были Вэл Килмер и Лиза Кудроу.

В 2004 году Кейт и Джош Дюамель исполнили главные роли в фильме «Свидание со звездой».

В том же 2004 году Босуорт снялась вместе с Кевином Спейси в фильме «У моря».

В 2006 году Кейт сыграла главную роль в фильме «Возвращение Супермена», за которую была номинирована на премию «Сатурн» в категории «Лучшая актриса».

В 2008 году с ее участием вышел фильм «Двадцать одно», в 2010 году – «Путь воина», а в 2011 году фильмы «Родственнички», «Спокойной ночи, Луна» и «Соломенные псы». Во всех фильмах она исполнила роли первого плана.

В 2012 году Кейт вместе с Кэтрин Аселтон и Лэйк Белл снялась в фильме ужасов «Остров смерти».

В том же 2012 году она приступила к съемкам в фильме «Последний рубеж», выход которого запланирован на ноябрь 2013 года. Главные роли в фильме играют Джейсон Стэтхэм и Джеймс Франко.