В 14 лет Кейт попала на кастинг фильма "Заклинатель Лошадей". Режиссеру кинокартины Роберту Редфорду импонировало, что девушка является победительницей конных соревнований, и он утвердил ее на роль лучшей подруги главной героини.
После съемок Кэтрин испугалась, что столь ранняя кинокарьера лишит ее нормального детства, и приняла решение вернуться к обычной жизни. Однако прожить в стороне от киноиндустрии ей удалось всего полтора года, в 2000 году ее пригласили на роль в семейной драме The Newcomers. Она также приняла участие в съемках сериала "Молодые Американцы". Кроме того, в этом же году Кейт сыграла вместе с Дэнзелем Вашингтоном в фильме "Вспоминая Титанов".
Два года спустя ей предложили роль мастера-серфингиста в приключенческой драме Джона Стокуэлла "Голубая Волна". Кейт пришлось пройти строгие тренировки: ежедневные семичасовые занятия бегом, плаванием и, конечно, серфингом. За время съемок она получила несколько порезов и царапин, а также попала в больницу, потеряв сознание после очередного падения с доски. Однако игра стоила свеч - Босуорт превосходно сыграла свою роль и вскоре была номинирована на две награды MTV.
Также в 2002 актриса сыграла в трагикомедии режиссера Роджера Эвэри "Правила Секса". Действие картины происходит в 80-е годы, а в центре внимания любовный треугольник между студентами колледжа Новой Англии. Данный фильм вызвал весьма неоднозначные отзывы - как положительные, так и отрицательные.
Позже Кейт заинтересовала режиссера Джеймса Кокса, который искал девушку на роль подружки известной порнозвезды Джона Холмса, а в итоге актриса сыграла на пару с Вэлом Килмером в фильме "Уондерлэнд". Затем последовала комедийная мелодрама "Свидание Со Звездой".
Однако внимание публики чаще приковано к личной жизни Босуорт, чем к актерской карьере. А причиной тому является продолжительный роман актрисы с голливудским актером Орландо Блумом. Правда, в их отношениях не все гладко: в январе этого года они разошлись, якобы для того, чтобы отдохнуть друг от друга. Однако разрыв оказался недолгим, и счастливая парочка снова вместе.
В 2005 году на экраны вышла драма Кевина Спейси "У Моря". По сравнению с предыдущими работами Босуорт, эта роль намного серьезнее, однако актриса прекрасно с ней справилась. В этом же году Кейт снялась в фильме "Пчелиный Сезон" и в триллере "Пробуждение". В 2006 году на экраны выходит "Возвращение Супермена", в котором Кейт играет подружку самого Супермена и "Пыльный Сезон", в котором она играет вместе с Орландо Блумом.
В свободное от съемок время Кейт добровольно работает в различных некоммерческих организациях. Она, например, проводит обучение верховой езде физически неполноценных детей.
Кейт Босуорт встречалась с актёрами Мэттом Чучри (2000-2002) и Орландо Блумом (2002-2006).
Затем встречалась с манекенщиком и музыкантом Джеймсом Руссо. Также Босуорт встречалась с актёром Александром Скарсгардом.
С июля 2011 года встречается с режиссёром Майклом Полишем. В августе 2012 года пара объявила о своей помолвке. 31 августа 2013 года пара поженилась на ранчо Рок Крик, Филипсбург, штат Монтана.