Kathleen Doyle Bates 1948. június 28-én született a Tennessee államban található Memphis-ben. Édesapja gépészmérnök, édesanyja háztartásbeli; nagyapja orvos volt. Felmenői révén ír gyökerekkel rendelkezik. Két lánytestvére van.

Színművészeti tanulmányokat a Southern Methodist Egyetemen folytatott, majd New Yorkba költözvén beindította színészi karrierjét. Első szerepei a színpadhoz kötötték; alakításaiért számos szakmai elismerésben részesült, többek között Tony-díjra is jelölték.

Első jelentősebb filmszerepe Dustin Hoffman oldalán találta meg a Próbaidő (1978) című krimiben. Ezt követően nyerte el Annie Wilkes ápolónő szerepét a Tortúra (1990) című thrillerben, melyben James Caan partnere volt. Alakításáért Golden Globe- és Oscar-díjban részesült. Egy évvel később ismét egy díjesélyes szereppel ajándékozta meg Jon Avnet rendező a Sült zöld paradicsom (1991) című vígjáték kapcsán.

James Cameron Titanicjában (1997) is felbukkant Molly Brownként, majd Vincent Perez, Rachel Weisz és Ian McKellen oldalán főszerephez jutott az Érzelmek hullámain (1997) című romantikus filmdrámában. Ezt követően számos szakmai elismerést begyűjtött A nemzet színe-java (1998) című filmdráma Libby Holden karakterének kidolgozásáért.

Emlékezetes munkái közé tartozik a Kevin Costner főszereplésével készült Szitakötő (2002) és a Jack Nicholson főszereplésével készült Schmidt története (2002) című alkotások élvonalbeli játékai. Hilary Swank édesanyját formálta meg a P.S. I Love You (2007) című romantikus alkotásban, de a Richard Yates regényéből készült A szabadság útjai (2008) című drámában is az élen játszott.

Szerepelt Woody Allen Oscar-díjas filmjében, az Éjfélkor Párizsban (2011) című romantikus vígjátékban, hasonlóan a Dustin Hoffmannal készült Boychoir (2014) című zenés drámában. Jelenleg a Michelle Darnell (2016) és az Untitled Joshua Marston Project (2016) szerepein dolgozik.