Vystudovala divadelní vědu na Southern Methodist University a poté se Kathy Bates přestěhovala do New Yorku, kde se věnovala herecké kariéře.
Debutovala v roce 1983 na Broadwayi ve hře Noc, matko, za kterou byla Kathy Bates nominována na cenu Tony. Nejvíce ji proslavily role ve filmech Misery nechce zemřít, Smažená zelená rajčata a Titanic.
Za roli Annie Wilkes ve filmu Misery z roku 1990 Kathy Bates získala Oscara a Zlatý glóbus. Na obě ocenění byla nominována i za jiné role. Za svou práci v televizi dostala dvě ceny Emmy a několik Screen Actors Guild Awards.
Objevila se v mnoha televizních seriálech, např. v American Horror Story, Six Feet Under a The Office. Kathy Bates režírovala mj. několik scén filmu Válka doma z roku 1997.
V únoru 2023 byla do kin uvedena remasterovaná verze oscarového filmu Jamese Camerona Titanic ve 3D s vysokosnímkovou frekvencí pod názvem Titanic: 25. výročí.
Kathy Bates zdolala rakovinu prsu a stala se propagátorkou osvěty a výzkumu rakoviny.