Панабэйкер родилась 2 мая 1990 года в Орандже, штат Техас, в семье Донны и Гарольда Панабэйкер. С начала карьеры выступала на сценах различных театров. Образование Кей получала в Crone Middle School, позже, в начале седьмого класса, переехала в Лос-Анджелес, Калифорния.
В промежутках между съемками Кей сосредотачивала свое внимание на учебе. Она закончила Высшую школу уже в возрасте 13 лет, а в 15 получила степень ассистента. Во время обучения в Глендейльском Колледже она была в списке лучших учеников, получив две ученых степени. Кей стала самой молодой студенткой, поступившей в UCLA, который она закончила еще до наступления совершеннолетия.
Семья Панабэйкер постоянно переезжала, поэтому детство Кей прошло в Чикаго, Филадельфии и Атланте. С тех пор она любит путешествовать.
Карьера Кей началась в общественных театрах. Далее пошли эпизодические роли в ряде теледрам и мыльных опер. В сериале "Седьмое небо" (7th Heaven) она играла Элис Брэнд и т.д. В то же время она сыграла небольшую роль в проекте "Мертвый полицейский" (Dead Heat) и приняла участие в озвучивании мультфильма студий Disney и Pixar -"Корпорация Монстров" (Monsters.Inc). Прорывной ролью Панабэйкер стала Никки Уэстерли из сериала канала WB "Вечное лето" (Summerland) в сезоне 2004-2005. Также многим запомнилась её игра в фильме 2007-го "Нэнси Дрю: Тайна Голливудских Холмов" (Nancy Drew: The Mystery in Hollywood Hills) c Эммой Робертс и Эмми Брукнер.
У Кей была периодическая роль в сериале "Фил из будущего" (Phil of the Future) – пуританки Дебби Бервик, подруги и соперницы Пим Даффи (исполненной Эмми Брукнер). Через некоторое время актрисе досталась главная роль - Эмили Уотсон - в проекте "Пес-чемпион" (Life Is Ruff) c Кайлом Мэсси и Митчеллом Муссо. В июле 2006-го Панабейкер сыграла в диснеевском фильме "Читай и рыдай" – экранизации книги "Как мой личный дневник стал бестселлером" (How My Private Personal Journal Became a Bestseller); её старшая сестра Даниэль также получила в этом фильме немаловажную роль. В 2006-ом Кей приняла участие в Disney Channel Games, в одной команде с Заком Эфроном, Аннелиз Ван Дер Пол, Моисеем Ариасом и Диланом Спраусом. Одним из наиболее известных её проектов последнего времени был фильм канала Lifetime "Опека" (Custody), прошедший на экранах в сентябре 2007-го. Кроме того, Кей приняла участие в пилотном выпуске сериала канала ABC Family "Happy Campers" и сыграла в телефильмах "Победительница" (Moondance Alexander) и "Принц и нищий" (The Prince and the Pauper) c Диланом и Коулом Спроус. В 2009 году на экраны вышел фильм "Слава" (Fame), в котором Кей показала себя не только хорошей актрисой, но и певицей. Сейчас же девушка снимается в главной роли в сериале "Необычная семья", который был номинирован на "People's Choice Award" в категории Favorite New TV Drama, но не победил. Так же в 2010 году вышли фильмы "Стена с секретами" и "Lake Effect, The" с участием Кей. В 2011 году состоится премьера фильма Little birds,которая пройдет на фестивале Sundance. Он представлен в категории U.S.Dramatic Competition и имеет реальные шансы на победу!
В 2006 году Кей снялась в клипе певицы Джордан Пруитт (Jordan Pruitt) на песню "Outside Looking In", ставшую главной песней фильма "Читай и рыдай".