Кейт Босуорт родилась 2 января 1983 года в Лос-Анджелесе. Кейт единственный ребёнок в семье домохозяйки Патрисии Поттер и одного из руководителей сети магазинов «Talbots» Хэла Босуорта. У Кейт Босуорт врождённая гетерохромия: один глаз у неё карий, второй голубой.
В детстве Кейт Босуорт мечтала стать профессиональной наездницей. В 14 лет Кейт получила чемпионский титул в конном спорте. Босуорт изучала французский язык в школе Cohasset High School, где также выступала за футбольную команду и за команду лакросс.
Актерская карьера Кейт началась в 1998 году с картины «Заклинатель». Продюсеры фильма подыскивали актрису, умеющую ездить на лошади, и Кейт Босуорт получила эту роль.
Кейт Босуорт встречалась с актёрами Мэттом Чучри (2000-2002) и Орландо Блумом (2002-2006). В сентябре 2006 года на тусовке после показа моды Marc Jacobs Кейт познакомилась с английским манекенщиком Джеймсом Руссо, с которым она некоторое время встречалась.
У Босуорт есть две кошки, Louise и Dusty, и собака по имени Lila. Кейт говорит, что хотя конный спорт - её хобби, она не может им заниматься, так как существует риск получения травмы, которая помешает её актёрской карьере.
В январе 2008 года Кейт Босуорт стала новым лицом «Calvin Klein Inc.».
Встречалась с Орландо Блумом. Затем встречалась с манекенщиком и музыкантом Джеймсом Руссо. На данный момент встречается с актёром Александром Скарсгордом.