Кэти Дойл Бейтс появилась на свет 28 июня 1948 года в американском городе Мемфисе, расположенном в штате Теннеси. Ее отец Лэнгдон занимался инженерным делом, а мама Берти Талбот вела хозяйство. Предками Кэти были ирландцы, которые несколько столетий назад переехали в Соединенные Штаты Америки.
Кэти росла артистичным ребенком, с ранних лет увлекалась театром и активно участвовала в самодеятельности школы White Station в родном городе. Получив базовое образование, она стала студенткой техасского Южного методистского университета, откуда в 1969 году вышла бакалавром театрального искусства. После выпуска Бейтс поехала за славой в Нью-Йорк.
Первое время ей приходилось непросто: с работой в театре и кино не везло, и в какой-то период Кэти даже сомневалась, правильную ли стезю она избрала. Лишь в начале 1980-х Кэтлин выпал счастливый билет – ее пригласили на Бродвей. А уже через три года актерской карьеры Бейтс была заявлена в качестве номинанта на театральную премию «Тони» за роль в постановке «Ночная мать». Интересно, что Кэти стала востребованной актрисой уже в зрелом возрасте.
Кинодебют Бейтс состоялся еще в 1971 году, когда она появилась в ленте «Отрыв», режиссером которой выступил Милош Форман. Затем у Кэти не было предложений в течение семи лет. Позже она стала мелькать в эпизодах многосерийных проектов. В 1998 году Кэти утвердили на роль в картине «Титаник», где она исполнила роль аристократки Молли Браун. Этот образ принес ей ряд номинаций на престижные премии.
В 1991 году Бейтс связала себя супружескими узами с актером Тони Камписи, но спустя шесть лет звездная пара развелась. Бейтс увлекается живописью, а также пробует себя в качестве детской писательницы. Она мечтает выпустить книгу сказок и наполнить ее собственными иллюстрациями. Актриса состоит в тесной дружбе с актерами Адамом Сэндлером, Джеком Николсоном, Элизабет Перкинс, Мэрил Стрип и многими другими.
