Кейт Бартон изучала историю России и Европы в Brown University, драму – в Школе драмы Университета Йеля. Начинала карьеру с бродвейских постановок. За работу в театре номинировалась на премию Тони. С середины восьмидесятых активно снимается на телевидении. За роль Эллис Грей в сериале «Анатомия страсти» была номинирована в 2006 и 2007 на премию Эмми.