Kathy Bates est une actrice issue du théâtre, sa première passion. Elle apparaît pour la première fois au cinéma en 1971 dans Taking Off de Milos Forman, il faudra attendre plusieurs années avant de la revoir sur grand écran, la comédienne préférant se consacrer au théâtre dans un premier temps. A partir des années 80, elle tente néanmoins sa chance au cinéma, et enchaîne les participations : avec notamment Reviens Jimmy Dean, reviens en compagnie de Cher en 1982, Le Lendemain du crime avec Jane Fonda en 1986 ou encore Dick Tracy aux cotés de Warren Beatty et Madonna en 1990. La même année, l'actrice se voit confier le rôle-titre du film Frankie & Johnny avant de se le faire ravir par Michelle Pfeiffer. Elle accepte donc un autre projet, baptisé Misery, d'après un roman de Stephen King. Bien lui en a pris : l'actrice gagne un Oscar pour sa terrifiante interprétation de l'infirmière psychotique Annie Wilkes.

Ce rôle permet à Kathy Bates de se faire remarquer et son nom devient connu du grand public. Mais elle a l'intelligence de ne pas s'enfermer dans un seul type de rôle, et interprète l'attachante héroïne de Beignets de tomates vertes réalisé par Jon Avnet, en 1991. Elle joue à nouveau dans un film adapté d'un livre de Stephen King en 1995 : Dolores Claiborne. Depuis cette époque, Kathy Bates a toujours interprété des seconds rôles de prestige dans des productions célèbres, comme dans Diabolique avec Sharon Stone et Isabelle Adjani en 1996 ou Primary Colors en 1998, film pour lequel elle est à nouveau nommée aux Oscars.

Considérée comme une excellente comédienne à Hollywood, elle est également devenue une des actrices préférées des spectateurs du monde entier pour avoir incarné la sympathique Molly Brown dans Titanic en 1997. Devant cette popularité grandissante, elle devient une valeur sûre : en 2002, elle est à l'affiche de quatre films, dont American Outlaws avec Colin Farrell, et surtout Monsieur Schmidt où elle initie Jack Nicholson aux joies du jacuzzi à deux. Son imposante silhouette sied parfaitement au personnage de la Reine Victoria dans Le Tour du monde en 80 jours, sorti en 2004. Elle rejoint l’année suivante un casting international dans Le Pont du roi Saint-Louis, prestigieuse production au casting étoilé : Robert De Niro, Samuel Le Bihan et Emilie Dequenne.

La comédienne s'essaye dès 1996 à la réalisation en tournant un épisode de la série New York Police Blues, bientôt suivi d'autres de Oz puis surtout de Six Feet Under, série dans laquelle elle tient aussi un rôle récurrent de 2003 à 2005. Kathy Bates a aussi une jolie voix, et les réalisateurs le savent, lui confiant des rôles vocaux dans plusieurs films : Bee movie, A la croisée des mondes : la boussole d'or... Elle continue à jouer des seconds rôles dans de nombreux films (P.S. I Love You, Les Noces rebelles, Valentine's Day) mais c'est bien sur le petit écran que sa carrière semble se jouer désormais, puisqu'après un rôle remarqué dans les saisons 6 et 7 de The Office, elle se voit confier une série judiciaire par le spécialiste du genre David E. Kelley, Harry's Law. Elle se permet encore des petites incursions au cinéma, rejoignant le casting quatre étoiles du Minuit à Paris de Woody Allen, présenté hors-compétition au Festival de Cannes 2011.

À partir de la troisième saison de American Horror Story, série du prolifique Ryan Murphy, la comédienne confirmée rejoint le casting éclectique du show : Evan Peters, Sarah Paulson ou bien encore Jessica Lange, qu’elle a déjà côtoyé dans Bonneville en 2006. À la fois terrifiantes et touchantes, ses prestations dans la peau de différents personnages au fil des saisons, achèvent de convaincre les personnes doutant de son talent. Kathy Bates remporte même un Emmy Awards pour avoir joué la terrible Delphine Lalaurie, son premier rôle dans la série.

En 2016, Kathy campe la bienveillante Maime Trotter et prend sous son aile une ado rebelle dans La Fabuleuse Gilly Hopkins. Elle joue ensuite la mère de Billy Bob Thornton dans Bad Santa 2, suite de la comédie culte de 2004. La comédienne apparaît dans les séries Feud et The Big Bang Theory (elle incarne Mme Fowler dans la saison 12). En 2019, elle s'illustre sous les traits de l'avocate féministe Dorothy Kenyon dans Une femme d'exception puis tourne sous la direction de Xavier Dolan dans Ma vie avec John F. Donovan.

Après avoir donné la réplique à Woody Harrelson et Kevin Costner dans The Highwaymen, Kathy est engagée par Clint Eastwood dans Le Cas Richard Jewell. L'actrice interprète Bobi Jewell, mère de Richard, l'agent de sécurité au centre du film. En poste lors des Jeux d'Atlanta en 1996, il est l'un des premiers à alerter de la présence d'une bombe et à sauver des vies. Mais il se retrouve bientôt suspecté... de terrorisme, passant du statut de héros à celui d'homme le plus détesté des Etats-Unis.