Kate Walsh est née le 13 octobre 1967 à San Jose en Californie.

Elle grandit à San Jose avant de partir à Tucson en Arizona où elle intègre l’Université d’Arizona. Adepte du théâtre, elle déménage ensuite vers Chicago où elle commence à travailler avec le "Piven Theatre Workshop", puis "Chicago Shakespeare Repertory". Après Chicago, elle part à New-York et intègre la troupe de comédie "Burn Manhattan".

En 2000, elle joue le rôle de Jenny dans la série The Norm Show, puis le rôle de Carol Nelson dans The Mind of the Married Man. En 2002, on l’aperçoit dans la série The Drew Carey Show dans le rôle de Niki Fifer, la petite amie de Drew. Elle tient ensuite le rôle de Marley Novak dans Karen Sisco en 2004. Cette même année, elle apparaît dans un episode de la série Les Experts et joue le rôle d’une serveuse sexy dans l’adaptation de Ma sorcière bien aimée, Bewitched, en 2005. Elle rejoint le casting de Grey’s Anatomy dès la deuxième saison et interprète le rôle d’Addison Montgomery-Shepherd.