Была рождена 13 июня 1986 года в американском городе Филадельфия. Её мать была поэтом и также работала логопедом, а отец являлся молекулярным фармакологом и прежде был помощником декана по научным вопросам в университете Томаса Джефферсона. Девочка была самой младшей из пяти дети. У её семьи еврейские корни, и настоящее имя актрисы Катерин Литвак. Однако уже в детские годы она предпочитала называться Кэт. Будущая звезда проходила школьную программу учась дома и уже в возрасте четырнадцати лет сдала все выпускные экзамены. А ещё в ранние годы Деннингс приметил один из рекламных агентов и ребенком она снялась в нескольких рекламных роликов. От чего уже тогда загорелась мечтой стать настоящей актрисой. Однако родители сперва не восприняли эту затею с энтузиазмом, но в 2002 году вся семья таки переехала в Лос-Анджелес, и у Кэт появилась отличная возможность взяться за свою карьеру в кино.
Её первой заметной работой стала роль в сериале канала HBO «Секс в большом городе», а чуть позднее она сыграла в не особо успешном сериале «Raising Dad», после чего отметилась в таких проектах как «Без следа», «Клава, давай!» и «Клубная раздевалка». В 2004 году Кэт выпала одна из ключевых ролей в мелодраме «Суперзвезда», которая пользовалась внимание зрителей, что принесло актрисе значительную известность. Чтобы достоверно исполнить свою роль в этом фильме Деннингс при подготовке осваивала игру на фортепьяно. Начиная с этого момента к ней стали активно поступать предложения о новых ролях. Так вскоре с её участием на экраны вышли такие яркие картины как «Это случилось в долине», «Сорокалетний девственник», «Лондон», «Дом большой мамочки 2», «Проделки в колледже», «Мальчикам это нравится». В результате популярность актрисы стремительно росла. Также в тот период пресса стала активно писать о её романе с актёром Мэтью Грэем Габлером, известного по сериалу «Мыслить, как преступник». В последующие годы Кэт блистала в фильмах «Будь моим парнем на пять минут», «ЗащитнеГ» и «Тор». Кроме того в настоящее время она снимается в сериале «Две девицы на мели» и в скором времени с её участием ожидается выход очередного блокбастера «Тор 2: Царство тьмы».
Актриса любит общаться со своими поклонниками и ведёт в интернете собственный блог. Свободное время она любит посвящать чтению, и с её слов она не употребляет алкоголь и не курит.
