وُلدت كيت نويل هولمز قبل أوانها بشهرين ووزنها أربعة أرطال، وظهرت لأول مرة في 18 ديسمبر 1978 في توليدو، أوهايو. هي ابنة كاثلين آن (كرافت)، فاعلة خير، ومارتن جوزيف هولمز الأب، محامٍ. هي من أصول ألمانية وأيرلندية وإنجليزية. قال والداها إن شخصيتها القوية الإرادة ربما ترجع إلى ولادتها المبكرة. كونها الأصغر في عشيرة هولمز، واستكمال عائلة مكونة من ثلاث أخوات أخريات وأخ واحد، كانت كاتي دائمًا هي الطفلة.عندما كانت مراهقة، بدأت في الالتحاق بمدرسة عرض الأزياء. عندما كانت في السادسة عشرة من عمرها، دعاها معلمها للذهاب إلى مسابقة عرض الأزياء مع فتيات أخريات من فصلها. تنافست في الرابطة الدولية للعارضات والمواهب من خلال الغناء والرقص وقراءة مونولوج من فيلم To Kill a Mockingbird (1962). وبحلول نهاية ذلك الوقت في نيويورك، فازت كاتي بالعديد من الجوائز. لكنها قالت إنها لا تريد أن تصبح عارضة أزياء لأن الأمر لا يمثل تحديًا كافيًا. لذلك عندما كانت في السابعة عشرة من عمرها، ذهبت كاتي إلى لوس أنجلوس لتجربة أداء الأفلام. لحسن الحظ، في الاختبار الثاني لها، تم تمثيلها في فيلم The Ice Storm (1997)، من إخراج آنج لي. كانت شخصية كاتي هي ليبيتس كيسي، وهو أحد سكان نيويورك الأثرياء، والذي يلاحقه اثنان من الشخصيات الرئيسية. لقد كان جزءًا صغيرًا، لكنه كان بمثابة بداية مسيرتها المهنية في التمثيل.بعد إثارة فيلمها الأول، بدأت كاتي بإرسال أشرطة الاختبار للعروض التجريبية. خلال ذلك الوقت، كانت أيضًا تلعب دور البطولة في مسرحيتها الموسيقية في المدرسة الثانوية الكاثوليكية، Damn Yankees، بدور لولا. بعد أن تلقى كيفن ويليامسون شريط الاختبار الخاص بها لعرضه الجديد، Dawson's Creek (1998)، أراد المنتجون أن تأتي إلى هوليوود على الفور وتقرأ لهم على الهواء مباشرة. ولكن لأنهم أرادوها أن تأتي في ليلة الافتتاح لـ Damn Yankees، كان على كاتي أن تخبرهم أنها لا تستطيع الحضور. لحسن الحظ، أرادها منتجو البرنامج بشدة لهذا الدور، فأعادوا جدولة رد الاتصال وكانت النتيجة أنها حصلت على دور جوي بوتر. خلال عامها الأول مع Dawson's Creek (1998)، تمكنت كاتي من القيام بفيلمين، Disturbing Behavior (1998) وGo (1999)، وبالنسبة للأول، فازت بجائزة أفضل أداء نسائي في حفل توزيع جوائز MTV Movie لعام 1999.في العام التالي، لعبت دور البطولة بجانب مايكل دوغلاس في فيلم Wonder Boys (2000)، حيث لعبت دور هانا جرين، وهي مؤلفة منشورة ومقيمة في منزل معلمتها (دوغلاس)، التي كانت معجبة به، وتحاول إغوائه. أول دور قيادي لها جاء في عام 2002 مع فيلم Abandon (2002). لعبت دور طالبة جامعية تدعى كاتي بيرك، والتي يطاردها الاختفاء الغامض لصديقها الذي اختفى قبل عامين. مع اقتراب فيلم Dawson's Creek (1998) من نهايته بعد ست سنوات في مايو 2003، كانت تلك لحظة حلوة ومرّة بالنسبة لجميع الممثلين. بعد أن اعتادوا على التصوير في ولاية كارولينا الشمالية لمدة عشرة أشهر في العام، أتيحت لأعضاء فريق التمثيل الآن الفرصة لإنتاج المزيد من الأفلام.أظهرت كاتي ذلك في أكتوبر، عندما كان لديها فيلمين جديدين، قطع من أبريل (2003) وThe Singing Detective (2003)، اللذان صدرا في ذلك الشهر وحده. قطع من أبريل (2003) هو فيلم ساحر لعيد الشكر يدور حول أبريل (هولمز)، الخروف الأسود في عائلتها، الذي يريد أن يقدم لعائلتها العشاء المثالي قبل وفاة والدتها. The Singing Detective (2003) عبارة عن مسرحية موسيقية مظلمة حيث كان الشخصية الرئيسية (روبرت داوني جونيور) كاتبًا في مستشفى للأمراض الجلدية ويكتب عالمًا مظلمًا من الإغواء والقتل في ذهنه. لعبت كاتي هولمز دور الممرضة اللطيفة ميلز التي تهتم بكل احتياجاته. يمكنها أيضًا مزامنة الشفاه والرقص في هذا الفيلم. في عام 2004، لعبت دور البطولة في الفيلم الرومانسي First Daughter (2004)، حيث لعبت دور سامانثا، ابنة الرئيس (مايكل كيتون)، التي تريد الذهاب إلى الكلية دون أي مرافقة من الخدمة السرية. في عام 2005، شاركت هولمز في بطولة فيلم بداية باتمان (2005)، حيث لعبت دور راشيل دوز، حبيبة الطفولة والمهتمة بالحب لباتمان/بروس واين.كاتي لديها ابنة من زوجها السابق توم كروز.