Кэтрин Энн Сакхофф родилась 8 апреля 1980 года в городе Портленд, штат Орегон, США. Выросла Кэтрин в городе Святой Елены, Орегон. Её родители - Мэри работает на телевидении и Дэннис застройщик. У неё есть брат Эрик, который является совладельцем одного автомобильного магазина в Портленде.
Кэти закончила «Sunset High School» в 1998 году в Беавертоне. Она увлекалась плаванием и балетом, но после травмы правого колена стала заниматься йогой, что продолжается и по сей день.
Впервые на телеэкране Кейти появилась в роли Энни на MTV в сериале «Факультет», затем в роли Nell Bickford в «Учёбе Макса Бикфорда». Её первый полнометражный фильм - «Мой первый мужчина», далее роль Jenna «Jen» Danzig в «Хэллоуин: Воскрешение».
Самая известная роль - капитан Кара «Старбак» Трэйс в мини-телесериале «Звёздный крейсер Галактика», а затем и в его продолжении, за которую в 2006 году она получила премию «Сатурн».
Далее Кэти снялась в роли злого киборга в сериале «Биобаба», показаном на канале NBC. Дэвид Эйк, продюсер, сказал о ней: «Она очень особенная. Актриса, которая может комбинировать ранимость и силу, всегда становится звездой».
Кэти приняла участие в озвучивании персонажей игр «Halo» 3 и «Resistance: Fall of Man». В 2009-2010 годах снималась в восьмом сезоне телесериала «24 часа». Также Кэти стала прототипом и голосом Сары Холл, персонажа «Call of Duty: Black Ops 3».
К концу съёмок в фильме «Звёздный крейсер Галактика», Кэти начала чувствовать физическую слабость. Вскоре после съемок у неё был диагностирован рак щитовидной железы. После операции по удалению щитовидной железы, ей не потребовалась лучевая терапия и с февраля 2009 года болезнь находится на стадии ремиссии.
С ноября 2014 года Кэтрин встречается с актёром Карлом Урбаном.