Кейт родилась 27 февраля 1983 года в Нью-Йорке в состоятельной семье владельцев футбольных клубов «Питсбург Стилерз» и «Нью-Йорк Джайентс». Кейт воспитывалась с двумя братьями и сестрой Руни, которая тоже стала успешной актрисой. Несмотря на благополучное детство, Кейт выросла крайне застенчивой, и преодолеть робость ей помогла сцена. Однажды посмотрев спектакль «Отверженные», девочка решила, что хочет стать актрисой. С 9 лет она начала выступать на подмостках школьного театра, а затем посещать актерские студии. В 14 лет Кэйт исполнила дебютную роль в кино, появившись в эпизоде телесериала «Закон и порядок» (1990-2010). Мара раньше срока окончила старшие классы и поступила в школу искусств Тиш при Нью-Йоркском университете.
Ее первым полнометражным проектом стала лента «Король Джо» (1999). Следующую работу в большом кино она получила благодаря известному режиссеру Сидни Поллаку. В любовной драме «Паутина лжи» Кейт предстала в образе дочери политика. Мара появлялась в эпизодах бесчисленного количества сериалов: «Мэдиган», «Эд», «Бостонская школа», «Ловелас», «24 часа», «Части тела», «Детектив Раш» и других. Одновременно актриса выступала в театрах Нью-Йорка и Лос-Анджелеса.
Первую главную роль Кейт Мара получила в 22 года. В малобюджетном хорроре «Городские легенды 3: Кровавая Мэри» (2005) девушка сыграла школьницу, которая, дурачась с подругами, случайно вызывает дух Кровавой Мэри. На протяжении всей ленты героиня Кейт пытается вернуть призрака-убийцу обратно в царство мертвых. Переломным моментом в карьере Мары оказалось участие в драме Энга Ли «Горбатая гора» (2005), где актриса сыграла дочь главного героя. Несмотря на то, что Кейт появилась лишь к финалу картины, эта работа принесла ей признание. Лента «Горбатая гора», повествующая о любви двух мужчин, вызвала широкий резонанс в киномире и удостоилась почетных премий, включая три «Оскара», «Золотого Льва» и четыре награды BAFTA.
После триумфа «Горбатой горы» Кейт стали поступать нескончаемые и солидные предложения. В драме «Калифорнийцы» (2005) она исполнила роль красивой певицы с золотым голосом, помогающей защитнице окружающей среды. Годом позже в комедии «Капитан Зум: Академия супергероев» (2006) Кэйт побывала девушкой, владеющей телекинезом. Невесту погибшего футболиста актриса сыграла в правдивой драме «Мы – одна команда» (2006), а привлекательную и умную одноклассницу героя-подростка – в комедии «Правда и ничего кроме…» (2007). В этом же году Мару утвердили на роль возлюбленной сержанта морской пехоты Уолберга в боевике «Стрелок» (2007). Параллельно она играла спутницу наркоторговца в ленте о путешествии американцев в Россию «Транссибирский экспресс» (2007) и студентку, похищающую сокровище из Англии, в драме о шотландских патриотах «Камень судьбы» (2008). В 2009 году Мара предстала девушкой героя Джастина Тимберлэйка в фильме «Открытая дорога назад». Еще через год востребованная актриса стала главной героиней мелодрамы «Счастливы вместе» и сыграла маршала в кассовом хите «Железный человек 2». Ей также довелось встретиться на съемочной площадке с Джеймсом Франко в ленте Дэнни Бойла о выживании в экстремальной ситуации «127 часов».
В настоящее время популярность Кейт Мары только растет. В 2013 году актриса начала работать над политическим сериалом «Карточный домик» с Кевином Спейси, а вместе с Джонни Деппом она приступила к съемкам научно-фантастического фильма «Превосходство» (2014).
