Кейт Хадсон родилась в семье певца Билла Хадсона и актрисы Голди Хоун. Среди предков матери были еврейские иммигранты из Венгрии, а у предков отца прослеживаются итальянские и английские корни. Через полтора года после рождения Кейт родители разошлись. Воспитанием занимались мать и её друг, актёр Курт Рассел, который вскоре стал отчимом Кейт. Позднее Кейт и её брат Оливер сказали, что своим истинным отцом они считают именно Рассела, поскольку Билл Хадсон всегда был к ним равнодушен. В 1997 году Кейт окончила школу в городе Санта-Моника. Учёбе в Нью-Йоркском университете она предпочла актёрскую карьеру.
Впервые появилась в кино в 1998 году, сыграв эпизодические роли в фильмах «Пустынная тоска» Моргана Фримана и «Река Рикошет». Следующим фильмом стала комедия «200 сигарет». В 2000 году Хадсон сыграла в фильме Камерона Кроу «Почти знаменит». Роль сделала её знаменитой и принесла номинацию на «Оскар».
В 2002 году Хадсон отказывается от роли в блокбастере «Человек-паук» (роль достаётся Кирстен Данст) в пользу участия в съёмках исторического фильма «Четыре пера» режиссёра Шекхара Капура. Следующим фильмом стала комедия, где играл Мэтью Макконэхи, «Как отделаться от парня за 10 дней» (2003), которая собрала в мировом прокате свыше $170 млн. Хадсон снялась в комедиях «Алекс и Эмма» (2003) и «Модная мамочка» (2004). В 2005 году она появилась в главной роли в триллере «Ключ от всех дверей».
Между тем на экраны вышла комедия «Он, я и его друзья», в которой Хадсон сыграла вместе с Оуэном Уилсоном. Творческие отношения между ними переросли в нечто гораздо большее, и в августе Хадсон объявила о разводе со своим мужем Крисом. У Кейт есть сын от бывшего мужа Криса. В 2008 году вышел на экраны фильм с Кейт Хадсон — «Золото дураков», где она вновь сыграла с Мэттью Макконехи.
В конце 2008 года начались съёмки фильма «Мечта о красном особняке» (англ. A Dream of Red Mansions) — история жизни фотожурналиста Дианы Меллорс, которая уехала в Китай и стала коммунисткой.
После развода встречалась с актёром Оуэном Уилсоном, который в период одной из их ссор 26 августа 2007 года пытался покончить жизнь самоубийством, напившись снотворного и вскрыв вены. После окончательного разрыва с Уилсоном, Хадсон встречалась с комиком Даксом Шепердом и велогонщиком Лэнсом Армстронгом.
С 2010 года встречается с фронтменом группы Muse Мэттью Беллами. В январе 2011 года пара объявила, что ждёт ребёнка. 9 июля 2011 года у них родился сын Бингэм «Бинг» Хоун Беллами.