Кейт Уолш родилась в Сан-Хосе, штат Калифорния и выросла в Тусоне, штат Аризона. Её отец — уроженец города Наван (графство Мит, Ирландия), а бабушка по материнской линии родом из Италии. Её мать, Анжела в настоящее время проживает в штате Невада. У Кейт две старшие сестры, а также два старших брата, Шон и Джо, занятые в производстве фильмов. Во время учёбы в Аризонском университете, также пробовала свои силы в местном театре. В настоящее время проживает в Лос-Анжелесе.
В 80-х Кейт Уолш одновременно работала моделью в Японии и обучала японских студентов английскому языку. Позже она переехала в Чикаго, где проработала в «Театральной мастерской Пивена». Также участвовала в радиоспектакле «Рождён виновным» (Born Guilty) на Национальном Общественном Радио. В дальнейшем переехав в Нью-Йорк 27 июня 1987 г. присоединилась к труппе Burn Manhatten и участвовала в различных спектаклях.
После исполнения в 1996 году роли Кэти Бакстон из эпизода «Полицейский пост» (Stakeout) сериала «Убойный отдел» (Homicide: Life on the Street), первое значительное появление Кейт Уолш на телевизионном экране произошло в 1997 году, когда он сыграла роль Никки, подружки Кэри из сериала «Шоу Дрю Кэри» (The Drew Carey Show). В некоторых эпизодах ей пришлось надевать костюмы увеличивающие объёмы фигуры, так как Никки будучи тучной женщиной, вначале потеряла в весе, а после медленно начала набирать его вновь. Далее были роли Кэрол Нельсон в сериале «Мысли женатого мужчины» (The Mind of the Married Man) на телеканале HBO, а также роль романтической пассии Норма МакДональдса из ситкома «Шоу Норма» (The Norm Show). Заметным также было появление Кейт Уолш в телесериале C.S.I.: Место преступления, в роли транссексуала Мимозы. Несколько раз Кейт выступала в ток-шоу Конана О’Брайена «Поздно Ночью» (Late Night). В 2003 и 2004 годах исполняла роль детектива Марли Новак в сериале «Карен Сиско» (Karen Sisco). В 2005 году Кейт Уолш была отобрана на роль доктора Эдисон Монтгомери, проживающей отдельно от своего супруга Дерека Шепарда (роль «Dr. McDreamy» исполнял Патрик Демпси) в сериале «Анатомия страсти» (Gray’s Anatomy) телеканала ABC.
В 2007 году было объявлено о том, что персонаж сыгранный Кейт Уолш в «Анатомии Страсти», Эдисон, появится в отпочковавшемся продолжении сериала, который начал транслироваться в сентябре 2007 года. В этом продолжении, получившем название «Частная практика» (Private Practice), также приняли участие Тайи Диггс, Тим Дэйли, Эми Бреннеман, Крис Лоуэлл и Одра Макдональд. Позднее Кейт Уолш приглашалась для участия в эпизоде 13 четвёртого сезона, а также в эпизодах 15 и 16 пятого сезона «Анатомии Страсти». В настоящее время она продолжает исполнять роль Эдисон Монтгомери в третьем сезоне сериала «Частная практика», очередной полный сезон которой был заказан телеканалом ABC.
Начиная с сентября 2007 года Кейт Уолш снялась в телевизионной рекламе автомобиля Кадиллак CTS (Cadillac CTS) 2008 года выпуска. Также она в настоящее время представляет гель для душа Exotic Oil Infusions фирмы Caress.
Роль сестры полицейского — грабителя банков в криминальной драме «Нормальная жизнь» (англ. Normal Life) стала дебютной для Кейт Уолш. В фильме «Перечницы» (англ. Peppermills) она сыграла роль клептоманки Лены. Кейт Уолш также приняла участие в съёмках культового фильма «Генри: Портрет серийного убийцы. Часть 2» (англ. Henry: Portrait of a Serial Killer, Part 2). Её первой значительной работой в кинематографе стала роль жены Фила Вестона (актёр Уилл Феррелл) в семейной комедии «Бей и кричи» (англ. Kicking and Screaming), в котором вместе с ней снимались Роберт Дюваль и Майк Дитка.