Кэтрин Уиттон Бейкер родилась в Техасе в семье француженки и американского геолога. Её детство прошло в Нью-Мексико, где она воспитывалась в традициях квакеров.
В начале 1970-х годов она изучала актёрское мастерство в Калифорнийском институте искусств, а в 1977 году получила степень бакалавра в Калифорнийском университете в Беркли, где она изучала французский язык.Бейкер дебютировала в 1983 году с небольшой роли в фильме «Парни что надо» .
В 1980-е годы она снялась ещё в нескольких фильмах, в том числе в картинах «Уличный парень» (1987) и «Отец» (1989), а наибольшего успеха и признания добилась в 1990-е годы.
На протяжении всего десятилетия она активно снималась как в кино, так и на телевидении. Из её киноработ наиболее известными стали фильмы «Эдвард Руки-ножницы» (1990), «Мистер Фрост» (1990), «Дженнифер-восемь» (1992), «Бешеный пёс и Глория» (1993) и «Правила виноделов» (1999).
На телевидении наиболее заметной стала её роль в сериале «Застава фехтовальщиков» , которая принесла ей «Золотой глобус» и три премии «Эмми» .
В 2000-е годы Бейкер появилась в фильмах «Женские тайны» (2000), «Стеклянный дом» (2001), «Холодная гора» (2003), «Из 13 в 30» (2004), «Вся королевская рать» (2006) «Жизнь по Джейн Остин» (2007), а также в сериалах «Части тела» , «Девочки Гилмор» и «Анатомия страсти» .
В настоящее время Кэти Бейкер живёт в Южной Калифорнии вместе со вторым мужем, продюсером Стивеном Робманом.