Kate Mara nació y se crió en Bedford, Nueva York, y comenzó a actuar a los 14 años en proyectos teatrales de la localidad. A los quince años, Kate cambió el teatro por el cine y trabajó en su primera película, RANDOM HEARTS (dirigida por Sydney Pollack). Después trabajó en la película sobre el fin de la adolescencia TADPOLE, dirigida por Gary Winick.

Otros filmes en los que ha participado son BROKEBACK MOUNTAIN (dirigida por Ang Lee), interpretando a la hija de Heath Ledger; TRANSSIBERIAN, con sir Ben Kingsley y Woody Harrelson (dirigida por Brad Anderson); EQUIPO MARSHALL, con Matthew McConaughey y Matthew Fox (dirigida por McG); SHOOTER: EL TIRADOR, con Mark Walhberg (dirigida por Antoine Fuqua); LA PIEDRA DEL DESTINO, con Charlie Cox (dirigida por Charles Martin Smith), y THE OPEN ROAD, con Justin Timberlake y Jeff Bridges (dirigida por Michael Meredith).

En 2009, Kate trabajó en HAPPYTHANKYOUMOREPLEASE junto a Josh Radnor y Malin Akerman (dirigida por Josh Radnor); PEEP WORLD: UNA FAMILIA DISFUNCIONAL, con Michael C. Hall, Sarah Silverman, Ben Schwartz y Rainn Wilson (dirigida por Barry Blaustein); IRON MAN 2, con Robert Downey Jr. (dirigida por Jon Favreau), y IRONCLAD, con Paul Giamati y James Purefoy (dirigida por Jonathan English).

HappyThankYouMorePlease se estrenó en el Festival de Cine de Sundance en 2010, donde obtuvo el Premio del Público. En Nueva York, se estrenó en el Festival de Cine Gen Art en abril de 2010, donde, una vez más, recibió el Premio del Público.

Asimismo, Mara ha aparecido en numerosas series de televisión, incluyendo personajes fijos en las series ‘24’ y, más recientemente, ENTOURAGE.