Kate Walsh nació en San Jose (California) y se crió entre California y Tucson (Arizona). Comenzó su carrera en Chicago, estudiando en la escuela de renombre Piven Theatre Workshop. Allí protagonizó producciones teatrales muy aclamadas por la crítica como "Born Guilty," "Moon Under Miami" y "Troilus and Cressida" en el Shakespeare Repertory.

En Chicago, Walsh formó parte del reparto de dos películas independientes, Normal Life, dirigida por John McNaughton, y Henry, Portrait of a Serial Killer II.

La carrera de Walsh despegó rápidamente al trasladarse a Nueva York para dar clases de comedia e improvisación. Tuvo papeles en series como "The Mike O'Malley Show" (ABC) "Mind of a Married Man" (HBO) y "The Drew Carey Show" (ABC). En 2005, Walsh interpretó el papel de la Doctora Addisson Montgomery-Shepard, en la popular serie dramática de ABC, "Anatomía de Grey". Durante las dos temporadas en las que intervino Walsh, el reparto recibió el premio como Mejor Reparto de una serie. Gracias a la aplastante respuesta que obtuvo con su simpático personaje, el canal ABC en 2007 la llevó a protagonizar "Sin Cita Previa". Ahora en su tercera temporada, el show está consiguiendo los más altos ratings de audiencia.

Walsh está actualmente rodando WASKA, un thriller independiente junto a Thomas Dekker, Mira Sorvino & Jeremy Piven. Otros de sus trabajos son Kicking and Screaming, Bajo el Sol de la Toscana, El Gran Golpe, Inside Out y The Family Man.

Walsh reside en Los Ángeles.